[논문]지하매설물의 기하학적 특성에 따른 전기저항 변화에 대한 수치 해석 연구

김태영; 류희환; 정성훈

doi:10.12652/ksce.2024.44.1.0049

지하매설물의 기하학적 특성에 따른 전기저항 변화에 대한 수치 해석 연구
Numerical Analysis of Electrical Resistance Variation according to Geometry of Underground Structure

KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research = 대한토목학회논문집, v.44 no.1, 2024년, pp.49 - 62

김태영 (순천대학교 토목공학과) , 류희환 (한국전력공사 전력연구원 송변전연구소) , 정성훈 (순천대학교 토목공학과)

초록
AI-Helper

급격한 도시화로 인한 지하의 무분별한 개발은 기존 지하매설물의 점검과 교체 그리고 새로운 지하시설물 설치에 지연을 일으키고 있다. 최근에는 체계화된 시스템을 도입하여 지하시설물을 관리하고 있지만, 실제 시공은 현장 여건에 따라서 설계 도면과 다르게 진행되기 때문에 기존 지하매설물의 부정확한 위치 정보로 사고가 끊임없이 발생하고 있다. 한편, 전기비저항 탐사는 전극을 지반에 관입시켜 전극 간 전위차로 지반의 전기저항을 측정하는 방식이며, 비파괴 물리탐사 기법으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 다수의 전극 쌍을 이용하여 복잡한 지하 구조를 영상화하고, 딥러닝 알고리즘을 활용한 데이터 해석 기술들이 비약적으로 발전하였지만, 아직 지하매설물의 기하학적 조건에 따른 전기저항 변화를 정량적으로 평가한 기초적인 연구로서는 진행된 바가 없다. 본 연구에서는 전극과 지하매설물의 기하학적 매개 변수 해석을 통해서 전기저항 변화를 평가하였다. 먼저, 이론식과 수치 해석의 전기저항값 차이가 작게 나타난 정량화된 메쉬를 적용하여 3차원 전기저항 수치 해석 모듈을 개발하고, 매설물의 깊이, 크기, 그리고 전극과 매설물 간 이격거리에 따른 매개 변수 해석을 통해서 정상 직류 상태에서 전기저항 변화를 정량적으로 비교하였다. 전기저항은 매설물이 얕은 깊이에 위치하고, 크기가 크고, 전극과의 이격거리가 가까울수록 높게 측정되었다. 추가적으로 전극과 지하매설물 주변에 형성된 전위 및 전류밀도 분포를 분석하여 터미널 전극 주변에서 측정된 전기저항을 고찰하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Reckless development of the underground by rapid urbanization causes inspection delay on replacement of existing structure and installation new facilities. However, frequent accidents occur due to deviation in construction design planned by inaccurate location information of underground structure. Meanwhile, the electrical resistivity survey, knowns as non-destructive method, is based on the difference in the electric potential of electrodes to measure the electrical resistance of ground. This method is significantly advanced with multi-electrode and deep learning for analyzing strata. However, there is no study to quantitatively assess change in electrical resistance according to geometric conditions of structures. This study evaluates changes in electrical resistance through geometric parameters of electrodes and structure. Firstly, electrical resistance numerical module is developed using generalized mesh occurring minimal errors between theoretical and numerical resistance values. Then, changes in resistances are quantitatively compared on geometric parameters including burial depth, diameter of structure, and distance electrode and structure under steady current condition. The results show that higher electrical resistance is measured for shallow depth, larger size, and proximity to the electrode. Additionally, electric potential and current density distributions are analyzed to discuss the measured electrical resistance around the terminal electrode and structure.

주제어

표/그림 (10)

표 Table 1. Schematic of Equipotential and Current Flow Line lnduced between Two Electrodes Penetrated on the Ground
그림 Fig. 1. Generated Mesh and Generalized Mesh Size Proposed in this Paper: (a) Generated Mesh on the 3D Domain, (b) Top View, (c) Side View, (d) Electrode, (e) Generalized Mesh Size
그림 Fig. 1. Generated Mesh and Generalized Mesh Size Proposed in this Paper: (a) Generated Mesh on the 3D Domain, (b) Top View, (c) Side View, (d) Electrode, (e) Generalized Mesh Size (Continued)
표 Table 2. Geometry and Electrical Properties of the Electrode and Underground Structure Used in This Study
그림 Fig. 2. Comparison of Theoretical Electrical Resistance and Numerical Result: (a) Evolution of Electrical Resistance with Respect to Electrode Distance, (b) Selected Isosurface Electrical Resistance
그림 Fig. 3. Distributions of (a) Electric Potential, (b) Current Density on the Selected Domain (2.5 m×5 m). The Current Flows from the Terminal Electrode (Right Side) to the Ground Electrode (Left Side). Case is the Distance between Electrode L=5 m and the Electrical Resistance R=5298 Ω
그림 Fig. 4. Variation in Electrical Resistance with Geometrical Conditions of Underground Structure: (a) Burial Depth, (b) Diameter, (c) Distance from the Terminal Electrode. The G and T Symbols Indicate Ground Electrode and Terminal Electrode, Respectively
그림 Fig. 5. Effect of Underground Structure Burial Depth on the Voltage Drop and Current Flow: Distribution of (a) Electric Potential and (b) Current Density. Cases are Distance Electrodes L=1.3 m, Distance from Terminal Electrode u=0.5 L, and Underground Structure Diameter D=0.6 m
그림 Fig. 6. Effect of Underground Structure Diameter on the Voltage Drop and Current Flow: Distribution of (a) Electric Potential and (b) Current Density. Cases are Burial Depth d=0.5 m, Distance Electrodes L=2 m, and Distance from Terminal Structure u=0.5 L
그림 Fig. 7. Effect of Distance from the Terminal Electrode on the Voltage Drop and Current Flow: Distribution of (a) Electric Potential and (b) Current Density. Cases are Burial Depth d=0.5 m, Distance Electrodes L=3 m, and Underground Structure Diameter D=0.6 m

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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