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문제 정의
- 본 논문에서는 접지설계를 할 때 정확한 대지저항률의 적용과 현장상황에 따라 측정된 대지저항률의 분석을 위해 고려해야 할 요소와 검토기법을 제안할 목적으로 실증적 연구를 수행하였다. 실제의 접지설계를 위하여 대지저항률을 측정하는 경우 계절적으로 지표면의 상태와 주변 조건이 다를 때 전위강하법을 기반으로 하는 3전극법과 Wenner 4전극법으로 측정한 대지저항률을 비교·분석하여 접지 설계에 반영할 경우 고려하여야 할 요소에 대하여 검토하였다.
제안 방법
- 3전극법과 Wenner 4전극법으로 대지저항률을 측정한 경우 측정하고자 하는 장소의 대지표면의 건습, 결빙 또는 주변의 조건이 측정결과에 미치는 영향을 분석하기 위해서 그림 4에 나타낸 정형화된 대지에서 실측실험을 수행하였다.
- 3전극법과 Wenner 4전극법으로 측정한 대지저항률을 비교 · 분석하기 위해 Wenner 4전극법을 이용하는 대지저항률의 측정위치는 3전극법의 측정용 접지전극이 설치된 점을 중앙으로 하여 측정회로를 구성하였다.
- 토양의 종류와 특성, 지층 구조가 다르고 주변에 도랑이 있는 3곳의 실험장 부지를 평가의 대상으로 선정하였다. 또한 대지표면의 건습 상태와 결빙상태에서의 측정결과의 분석을 위해 하절기와 동절기로 구분하여 실험하였다. 측정의 정확도가 우수한 전위강하법으로 접지저항을 측정하는 3전극법으로 봉형 접지극의 길이에 따른 대지저항률의 관계를 나타내는 ρ-l곡선과 Wenner 4전극법으로 측정전극 사이의 거리에 따른 대지저항률로 나타낸 ρ-a곡선을 산출하고 비교 · 검토하는 것을 주요 내용으로 수행하였다.
- 측정의 대상으로 대지구조가 알려진 장소의 토양의 저항률을 측정하여 평가대상의 측정방법의 타당성과 상관성을 검토하였다. 또한 대지표면이 습한 상태, 결빙된 상태 등 대지표면상태가 측정결과에 미치는 영향을 분석하였으며, 측정하고자 하는 장소 주변에 도랑과 같은 시설물과 이의 조건이 대지저항률의 측정 결과에 미치는 영향을 조사하였다. 또한 3전극법과 Wenner 4전극법에 의한 방법에 따라 접지저항계(C.
- 본 논문은 접지설계를 할 때 대지저항률의 분석에 가장 많이 사용되고 있는 측정방법인 Wenner 4전극법으로 측정한 결과에 미치는 대지표면상태의 영향을 분석하고자 전위강하법을 기반으로 하는 3전극법의 측정한 결과를 비교 · 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 수직 접지극의 길이는 설치의 한계 때문에 1m에서 10m까지 1m씩로 증가시키면서 접지극의 접지저항을 측정하고, 대지저항률을 산출하였다. 측정용 수직 접지극은 1m씩 커플링을 이용하여 접속한 후 항타기로 대지에 타봉하는 방범으로 설치하였다.
- 실제의 접지설계를 위하여 대지저항률을 측정하는 경우 계절적으로 지표면의 상태와 주변 조건이 다를 때 전위강하법을 기반으로 하는 3전극법과 Wenner 4전극법으로 측정한 대지저항률을 비교·분석하여 접지 설계에 반영할 경우 고려하여야 할 요소에 대하여 검토하였다.
- 수직 접지극의 길이는 설치의 한계 때문에 1m에서 10m까지 1m씩로 증가시키면서 접지극의 접지저항을 측정하고, 대지저항률을 산출하였다. 측정용 수직 접지극은 1m씩 커플링을 이용하여 접속한 후 항타기로 대지에 타봉하는 방범으로 설치하였다.
- 측정의 대상으로 대지구조가 알려진 장소의 토양의 저항률을 측정하여 평가대상의 측정방법의 타당성과 상관성을 검토하였다. 또한 대지표면이 습한 상태, 결빙된 상태 등 대지표면상태가 측정결과에 미치는 영향을 분석하였으며, 측정하고자 하는 장소 주변에 도랑과 같은 시설물과 이의 조건이 대지저항률의 측정 결과에 미치는 영향을 조사하였다.
- 측정의 정확도가 우수한 전위강하법으로 접지저항을 측정하는 3전극법으로 봉형 접지극의 길이에 따른 대지저항률의 관계를 나타내는 ρ-l곡선과 Wenner 4전극법으로 측정전극 사이의 거리에 따른 대지저항률로 나타낸 ρ-a곡선을 산출하고 비교 · 검토하는 것을 주요 내용으로 수행하였다.
- 측정하고자 하는 장소의 대지표면상태에 따른 3전극법과 Wenner 4전극법으로 측정한 결과를 비교·분석하기 위해서 대지표면의 건습 또는 결빙 상태 및 대지표면의 주변에 있는 시설물과 이의 조건에 따른 대지저항률의 측정결과의 분석을 위한 실증적 실험을 수행하였다.
대상 데이터
- 측정 장소는 충남에 위치한 지자체의 운동장을 건설할 때 인위적으로 조성한 3층 구조로 정형화되어 있다. 3전극법으로 측정한 대지저항률과 Wenner 4전극법으로 측정한 결과의 비교를 그림 5에 나타내었다.
- 토양의 종류와 특성, 지층 구조가 다르고 주변에 도랑이 있는 3곳의 실험장 부지를 평가의 대상으로 선정하였다. 또한 대지표면의 건습 상태와 결빙상태에서의 측정결과의 분석을 위해 하절기와 동절기로 구분하여 실험하였다.
이론/모형
- 또한 대지표면이 습한 상태, 결빙된 상태 등 대지표면상태가 측정결과에 미치는 영향을 분석하였으며, 측정하고자 하는 장소 주변에 도랑과 같은 시설물과 이의 조건이 대지저항률의 측정 결과에 미치는 영향을 조사하였다. 또한 3전극법과 Wenner 4전극법에 의한 방법에 따라 접지저항계(C.A 6470)를 이용하여 대지저항률을 측정하였으며, 접지저항계의 시방은 표 1과 같다.
성능/효과
- (1) 대지표면이 건조하고 안정화된 대지구조일 경우 Wenner 4전극법으로 측정한 ρ-a곡선과 3전극법으로 측정한 ρ-l곡선은 비교적 잘 일치하여 측정의 정확도가 양호한 것으로 확인되었다.
- (2) 대지표면이 습한 상태 또는 결빙 상태이거나 주변에 시설물이 있는 경우 Wenner 4전극법의 ρ-a곡선과 3전극법의 ρ-l곡선은 큰 차이를 나타내었다.
- (3) Wenner 4전극법으로 측정한 ρ-a곡선은 3전극법으로 측정한 ρ-l곡선에 비하여 대지표면상태에 의한 영향이 보다 현저한 것으로 나타났다.
- 3전극법으로 측정한 ρ-l곡선은 측정깊이 2m 이상에서는 주변의 상황에 따른 변동이 매우 작았으나 Wenner 4전극법으로 측정한 ρ-a곡선은 측정거리 5m 이하에서 매우 크게 증가하여 대지표면 및 주변의 조건에 따른 큰 의존성을 나타내었다.
- 3전극법으로 측정한 결과는 대지저항률-접지극의 길이의 관계인 ρ-l곡선으로 나타내었으며, Wenner 4전극법으로 측정한 결과는 대지저항률-측정전극 간격의 관계인 ρ-a곡선으로 나타내었다.
- 대지표면이 결빙된 상태에서 측정한 ρ-l곡선과 ρ-a곡선은 큰 차이를 나타내었으며, 3전극법으로 측정한 결과가 Wenner 4전극법으로 측정한 결과보다 대략 2배 정도 낮게 나타났다.
- 이 경우 3전극법과 Wenner 4전극법으로 측정한 결과는 상당히 다르게 나타났으며, 그림 8의 결과를 보면 3전극법으로 측정한 ρ-l곡선은 상층부보다 하층부의 저항률이 큰 것으로 보이며, Wenner 4전극법으로 측정한 ρ-a곡선은 상층부와 하층부의 중간층보다 저항률이 큰 토양으로 구성된 3층 대지구조임을 나타내고 있다. 또한 토양의 저항률도 Wenner 4전극법으로 측정한 결과가 전체적으로 작게 나타났으며, 이는 측정전류가 습도가 높은 표토층으로 집중적으로 흘러 초래된 결과인 것으로 추정된다. 심층부에서의 조건은 명확히 알 수 없으나 습기가 많은 대지표면의 외견상의 조건을 고려해 보면 접지극의 길이에 따른 저항률을 검출하는 3전극법보다 전극간 거리를 기반으로 측정하는 Wenner 4전극법이 대지표면상태의 영향을 많이 받은 것으로 생각된다.
- 수직 접지극을 10m 이상의 길이로 설치하는 것이 어려우므로 모든 범위에 대한 비교는 나타낼 수 없었지만 두 가지 방법으로 측정한 ρ-l곡선과 ρ-a곡선은 거의 일치하는 결과를 나타내었으며, 그림 4의 지층 구조의 특성을 비교적 잘 나타내고 있다.
- 이 경우 3전극법과 Wenner 4전극법으로 측정한 결과는 상당히 다르게 나타났으며, 그림 8의 결과를 보면 3전극법으로 측정한 ρ-l곡선은 상층부보다 하층부의 저항률이 큰 것으로 보이며, Wenner 4전극법으로 측정한 ρ-a곡선은 상층부와 하층부의 중간층보다 저항률이 큰 토양으로 구성된 3층 대지구조임을 나타내고 있다.
- 이상과 같이 대지표면상태 또는 주변의 조건이 대지저항률의 측정결과에 미치는 영향은 전반적으로 대지저항률을 Wenner 4전극법으로 측정하는 경우 대지표면상태의 영향이 큰 것으로 나타났다. 특히 상부층의 대지저항률이 클수록 ρ-a곡선의 대지표면상태의 영향이 크게 나타난 것으로 보인다.
후속연구
- (4) 계절적 요인으로 대지표면상태가 수분이 함유되거나 결빙 등으로 교란되어 있는 경우 대지저항률의 측정과 대지구조의 해석에 심도 있는 검토가 요망되며, 3전극법과 4전극법으로의 측정을 통해 측정결과의 적합성을 분석하는 것도 권장되는 방안의 하나로 제안된다.
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