[논문]대지저항률의 주파수 의존성

이복희; 조성철; 엄주홍

대지저항률의 주파수 의존성
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이복희 (인하대학교) , 조성철 (인하대학교) , 엄주홍 (인하대학교)

A new method measuring soil resistivity in frequency range of 5-500[KHz] using variable frequency inverter was presented, and soil resistivity was analysed by resistive and reactive components on the basis of magnitude and phase of measured ground impedance. The test lead arrangement was proposed to reduce the inductive coupling in test circuit for measuring the soil resistivity. The frequency dependence of soil resistivity was mainly caused by the inductive current flowing through grounding conductors over the frequency of 70[KHz].

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문제 정의

그동안 대지의 구조에 따라 대지저항 률을 측정하고 분석하는 다양한 이론과 기법들이 연구 되어져 왔었지만, 높은 주파수 성분을 포함하는 뇌서지나 대규모 접지시스템에서 접지임피던스 의 복잡 다양한 양상에 대처하기에는 부족하였다.[1] 이에 본 연구에서는 실제 토양에 Wenner의 4전극법을 응용하여 대지저항률의 주파수 의존성 을 측정함과 동시에 뇌서지 주파수 영역에서의 대 지저항률 양상에 대한 연구를 수행하였다.

제안 방법

측정결과로부터 대지저항률의 주파수 의존 성을 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 대규모 접지시스템에서 뇌서지 주파수 영역 에서의 대지저항률을 측정할 수 있는 새로운 측정 방법을 제안하였다.
(2) Wenner의 4전극법에서 측정선 사이의 중첩 된 거리에 의해서 발생하는 유도결합을 제거하고 측정정확도를 높일 수 있는 측정선 배치기법을 제 시하였다.
대지저항룰의 산출에 적용한 측정용 인가전류와 접지전극의 전위상승 파형은 각각 CT와 절연불리 기능이 있는 능동형 프루브로 측정하였다. 측정된 파형들은 12bit, 50 [MS/s]의 A/D변환기를 사용하여 디지털 신호로 변환하였으며, 변환된 신호들은 디지털필터를 통과시킨 후 대지저항률의 산출에 적용하였다.
하지만 이러한 측정장 치들이 전압 V와 전류 I에 의해 연산된 R값만을 표시해 줌으로써 대지저항률 값을 사용자가 직접 계산하여야 한다. 본 실험에서 사용한 대지저항률 측정장치는 이 과정을 연산프로그램에 내장시켜 그래프로 표시해 주는 기능을 가지고 있으므로 대 지저항률 값을 바로 확인할 수 있도록 하였다.
본 실험에서는 가변주파수 인버터 및 측정시스템을 제작하여 사용함과 동시에 대지저항률 분석 알고리즘을 별도로 개발하였다. 그림 2는 대지저항 률의 주파수 의존성을 측정하는 프로그램의 신호 처리 과정을 나타내었다.
본 실험에서는 실제 토양에 Wenner의 4전극법 을 응용하여 대지저항률의 주파수 의존성을 측정하였다. 측정결과로부터 대지저항률의 주파수 의존 성을 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
50[Hz]의 주파수를 가지는 시험전류의 파형은 그림 5와 같다. 시험전류의 크기는 약 2[冬-打이며, 주파수는 1.5~ 230[kHz]의 범위에서 가변시키면서 측정을 하였다.
본 실험에서는 실제 토양에 Wenner의 4전극법 을 응용하여 대지저항률의 주파수 의존성을 측정하였다. 측정결과로부터 대지저항률의 주파수 의존 성을 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 대규모 접지시스템에서 뇌서지 주파수 영역 에서의 대지저항률을 측정할 수 있는 새로운 측정 방법을 제안하였다.
대지저항룰의 산출에 적용한 측정용 인가전류와 접지전극의 전위상승 파형은 각각 CT와 절연불리 기능이 있는 능동형 프루브로 측정하였다. 측정된 파형들은 12bit, 50 [MS/s]의 A/D변환기를 사용하여 디지털 신호로 변환하였으며, 변환된 신호들은 디지털필터를 통과시킨 후 대지저항률의 산출에 적용하였다. 하지만 그림 3과 같은 전극 및 측정선 배치에서는 시험전류를 인가하기 위한 측정선과 전위차를 측정하기 위한 측정선이 거리 a만큼 중 첩되기 때문에 높은 주파수를 인가하는 본 측정설 비에서는 유도결합에 의한 오차를 저감시키는 새로운 측정선 배치방법이 필요하다.

성능/효과

따라서 시험전류를 인가하기 위한 측정선을 그림 4와 같이 포설하여 가능한 유도결합을 작게 하고 측정선간 거리를 전극간 거리 a만큼 이격시킴 으로써 오차를 줄이는 측정회로를 구성하여 측정 값의 정확도를 높였다.

후속연구

(3) 대지 저항률의 주파수의존성에 대해서 본 연구에서 제시한 측정 및 분석기법은 높은 주파수를 대상으로 하는 접지시스템의 설계와 특성 분석에 활용될 것으로 기대된다.
또한 높은 전위차에 의해 발생할 수 있는 절연파괴현상의 해석을 위한 갭이 결합된 구조이다.[2] 낮은 주파수 대역에서 대지는 단순한 저항 체로 동작하지만 높은 주파수를 가지거나 상승시간이 빠른 파형이 입사하는 경우에는 단순한 저항 체로 볼 수 없으며, 유전체를 통하여 흐르는 변위 전류를 고려한 대지고유임피던스로 분석할 필요가 있다.(3)

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