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임펄스전압에 의한 토양의 이온화에 따른 접지성능의 향상
Improvements of Grounding Performances Associated with Soil Ionization under Impulse Voltages 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.65 no.12, 2016년, pp.1971 - 1978  

김회구 (Dept. of Electrical Engineering, Inha University) ,  이복희 (Dept. of Electrical Engineering, Inha University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, electrical and physical characteristics associated with the ionization growth of soil under impulse voltages in a coaxial cylindrical electrode system to simulate a horizontally-buried ground electrode were experimentally investigated. The results were summarized as follows: Transient...

주제어

#Impulse voltages   #Grounding resistance   #Soil ionization   #R-t curve   #V-I curve   #Ionization development  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 뇌임펄스전압에 의해 접지극 주변에서 발생하는 토양의 이온화 현상이 접지시스템의 과도적인 물리적/전기적 특성에 미치는 영향을 분석할 목적으로 동축 원통형 접지극시스템에 대하여 수행한 연구결과를 기술하였다. 시료 토양으로 중량 함수비 8%인 모래를 적용하였으며, 1.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
접지극에 뇌전류와 같은 서지전류가 유입하게 되면 어떠한 현상이 발생하는가? 전력계통의 내뢰설계에 있어 접지저항은 중요한 파라미터 중 하나이며, 접지시스템의 성능지표로 정상상태 접지저항보다는 과도적 성능을 고려하고 있다. 접지극에 뇌전류와 같은 서지전류가 유입하게 되면 접지극 주변의 전위가 상승하고, 이로 인해 인체의 안전과 각종 전기•전자기기들이 위협을 받게 된다. 뇌서지나 전자계에 의한 위험요소를 억제하기 위해서는 유입된 서지전류에 의한 전위상승이 저감되도록 접지저항을 낮추어야 한다[1-3].
표준 뇌임펄스전압에 의한 토양의 이온화에 따른 접지시스템의 성능분석 결과는 어떠한가? (1) 전력계통의 피뢰설비용 접지시스템의 설계 및 성능은 정상 상태 접지저항을 지표로 토양의 이온화를 고려하여 과도접지저항으로 평가하는 것이 바람직함을 확인하였다. (2) 토양의 이온화에 의해 V-I 곡선은 회귀형 리본모양의 폐루프의 형상으로 나타났으며, 접지전류가 증가할수록 시계방향으로 회전하고 폐루프의 면적은 증가하였다. (3) 토양의 이온화에 의한 과도접지저항은 접지전류가 증가할수록 감소하였으며, 또한 임펄스전류의 크기가 증가할수록 규약 접지저항은 지수함수적으로 감소하였다. (4) 토양의 이온화 등가반경은 입사전압의 크기에 따라 증가했고, 피크점을 경과한 후 다시 이온화 등가반경이 줄어드는 현상을 보였으며, 토양의 이온화가 진전되는 속도는 입사전류의 2차 함수로 됨을 확인하였다.
정상상태 접지저항은 어떻게 산출되는가? 접지시스템의 성능지표인 정상상태 접지저항은 저주파수의 전류가 접지전극에 입사될 때 발생되는 전위상승을 측정하여 산출한다. 뇌전류 또는 개폐서지와 같이 고주파수를 포함하는 서지전류가 입사하는 접지시스템의 성능도 접지저항으로 평가하고 있다.
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참고문헌 (18)

  1. A. M. Mousa, "The Soil Ionization Gradient Associated with Discharge of High Currents Into Concentrated Electrodes", IEEE Trans. Power Deli., Vol. 9, No. 3, pp. 1669-1677, 1994. 

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  2. P. Espel, R. R. D. A Bonamy, and J. N. Silva, A. Wetz, "Electrical Parameters Associated with Discharges in Resistive Soils", IEEE Trans, Power Deli., Vol. 19, No. 3, pp. 1174-1182, 2004. 

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  3. S. Visacro, R. Rafael, M. H. M. Vale, and C. Pereira, "The Response of Grounding Electrodes to Impulse Currents: The Effect of Frequency-Dependent Soil Resistivity and Permittivity" IEEE Trans. on EMC, Vol. 53, No. 2, pp. 401-406, 2011. 

  4. N. M. Nor and A. Ramli "Effects of Moisture content, impulse polarity and earth electrode's dimension on dry and wet sand under high voltage conditions", John Wiley & Sons, Ltd, DOI; 10.1002, 2007. 

  5. N. Mohamad Nor, S Srisakot, A. Haddad, H. Griffiths, "Characterization of soil ionization under fsat impulse", 25th ICLP, pp. 417-422, 2000. 

  6. Y. Liu, N. Theethayi. R. M. Gonzalez and R. thottappillil, "The Residual Resistivity in Soil Ionization Region Around Grounding System for Different Experimental Results", 2003 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Vol. 2, pp. 794-799, 2003. 

  7. I. F. Gonos and I. A. Stathothopulos, "Soil ionization under lightning impulse voltages", IEE Proc. Sci.- Meas. Tech., Vol. 151, No. 5, pp. 343-346, 2004. 

  8. J. Wang, A. C. Liew, and M. Darveniza. "Extension of Dynamic Model of Impulse Behavior of Concentrated Grounds and High Currents" IEEE Trans. PD. Vol. 20, No. 3, pp. 2160-2165, 2005. 

  9. N. Mohamad Nor, A. Haddad, and H Griffiths, "Characterization of Ionization Phenomena in Soils Under Fast Impulses," IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 21, pp. 353-361, 2006. 

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  10. S. Sekioka. M. I. Lorentzou, M. P. Philppakou, and J. M..P. rousalidis. "Current-Dependent Grounding Resistance Model Based on Energy Balance of Soil Ionization", IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 21, No. 1, pp. 194-201, 2006. 

  11. S. B. Lee B. Li, S. J. Lee, B. W. Jeon, and B. H. Lee, "Transient Grounding Impedance Behaviors of Deeplydriven Ground Rods According to the Injection Point of Impulse Currents" J. KIIEE, Vol. 22, No. 9, pp. 62-68, 2008. 

  12. L. Grcev, "Impulse Efficiency of Ground Electrodes" IEEE Trans. on PD, Vol.24, No.1, pp.441-451, 2009. 

  13. J. H. Choi and B. H. Lee, "An anlysis of conventional grounding impedance based on the impulsive current distribution of a horizontal electrode", Electric Power Systems Research, Vol.85, pp.30-37, 2012. 

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  14. Y. Chen and P. Chowdhuri, "Correlation Between Laboratory and Field Tests on the Impulse Impedance of Rod-type Ground Electrodes" IEE Proc. on Gener. Transm. Distri., Vol. 150, No. 4, pp. 420-426, 2003. 

  15. Y. W. Yoo, J. H. Eom, S. C. Cho, T. H. Lee, and B. H. Lee, "Transient Impedance of Small-sized Ground Electrode Considering Ionization Region", Proc. 6th Asia Lightning Protection Forum, pp. 210-214, 2009. 

  16. P. Chowdhuri, "Impulse impedance tests on laboratory model ground electrodes" IEE Proc. Gener. Transm. Distrib., Vol. 150, No. 4, pp. 427-433, 2003. 

  17. B. H. Lee, H. G. Kim, G. H. Park and Y. H Baek, "Ionization Behaviors in various Soils Subjected to Impulse Currents", J. KIIEE, Vol. 22, No. 12, pp. 87-94, 2008. 

  18. Y. Asaoka, H. Motoyama, H. Matsubara, H. Sugimoto, "Development of Grounding Resistance Analysis Model of Rod Electrode Considering the Effect of Large-Current Characteristic for Distribution Lines" IEEJ, Vol. 125, No. 10, pp. 979-987, 2006. 

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