접지시스템 설계

 

접지시스템 선정시 오른쪽 과정을 거쳐 적절한 공법 및 접지시스템의 규모를 결정합니다. 크게는
1) 기준접지저항 : 전산장비 인입 건물 - 2[Ω] / 일반건물 - 10[Ω]
2) 계정변동계수 고려 기공 월별 (月別)기준값 선정
3) 대지저항률 측정을 통한 또는 지질 조사를 통한 지층별 대지저항률 분석
4) 대지저항률 분석데이타를 토대로 요구접지저항 값에 맞는 필요 물량 산출

기준접지저항

 

방식 특성 공통접지
기술규정
접지의 구성 빌딩 내의 통신, 전기, 피뢰 접지를 하나에 공통으로 연결하는 접지형태  
접지저항 접속하는 장비의 가장 낮은 사양을 만족하는 접지저항을 권고
1) 대용량 교환장비 - 1Ω ~ 2Ω
2) 일반 통신장비 - 2Ω ~ 5Ω
3) 통신 시스템 - 10Ω
4) 대용량 변전, 송전 및 발전소 - 1Ω
5) 산업용 변전설비 - 1Ω ~ 5Ω
단, 단일 접지전극의 접지저항은 25Ω을 초과해서는 안됨.
IEEE Std 142 - 1982
IEEE / ANSI Std 81 - 1983
IEEE Std - 141 - 1991
ANSI / NFPA - 70
ANSI / NFPA - 780
NEC 규정
낙뢰보호 뇌전류는 전류량은 크지만 지속시간이 극히 짧아 신속하고 안전한 방전 경로를 구성하여 대지에 방전시켜야 함
1) 뇌전류 용량 : 1KA ~ 400KA 이내
2) 지속시간 : 40㎲ ~ 50㎲ 이하
3) 접지 저항 : 10Ω
IEEE Std C62.41
IEEE / ANSI Std 81 - 1983
ANSI / NFPA - 70
ANSI /NFPA - 780
확인사항 공통접지에 뇌전류 유입시 장비가 등전위로 구성되어, 유입된 전류는 저항이 낮은 대지로 방전됨
단 접지도체는 대용량의 뇌전류를 손상을 받지 않고 안전하게 대지에 방전하기 위한 넓은 표면적, 강한 내구성이 필수적임

 

< 요구접지저항 값에 계절변도계수를 나누여 기준접지저항 값 선정 >

대지저항률 측정

Wenner 4 전극법

 

접지전극의 설계를 위하여 일반적으로 사용되는 방법은 수평탐사방법입니다. 수평탐사방법은 대지 저항률의 수평적 변화특성을 파악하기 위한 것으로서, 대지특성을 정성적인 값으로 나타냅니다.


1) 그림과 같이 측정선의 일직선상에서 외부에 전류 보조전극 (C1, C 2), 내부에 전위 보조전극 (P 1, P 2)을 각각의 전극 간격 등 간격 α가 되도록 망치로 매설합니다. (전극의 매설 깊이 : 등 간격의 1 / 20 이하)
2) 각각의 보조전극에 측정용 전선을 대지 저항률 측정기의 해당 전극에 맞게 연결합니다.
3) 전극 간격 α를 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20 및 30m 가 되도록 변화시키면서 위의 과정을 반복하여 측정합니다.

간이측정법

 

Wenner의 4 전극법과 같이 대지 저항률의 정밀 측정을 하기 곤란한 장소에서 근사적으로 대지 저항률을 측정하기 위하여 사용할 수 있는 방법


1) 주전극을 설치할 대지에 봉상전극을 그림과 같이 박고 전압전극 P와 전류전극 C를 박습니다.
2) 봉상전극의 접지저항을 측정합니다.
3) 봉상전극 접지저항을 구하는 식에서 봉상전극의 길이L, 지름d 를 대입하여 R과 ρ의 관계를 구하여 대지저항률 ρ로 환산합니다.

 

ρ – α 곡선

대지저항률의 측정후 ρ – α 곡선을 그리는 이유는 등가대지저항률을 구하여 접지저항을 예측하기 위한 것도 있지만, 심도별 대지저항률을 예측하여 적절한 공사방법을 선택하는 척도로서도 이용됩니다 .
왼쪽그림과 같은 곡선을 나타낼 경우 일정 깊이까지는 저항률이 점차 높아지므로 지표면을 이용한 접지공사를 실시하는것이 경제적입니다.

왼쪽그림과 같은 경우 지표면이 암반측인 경우로 지표면을 이용한 접지공사는 적절치 않으며 심매설공법을 이용하여 공사를 하는것이 적절한 방법입니다.

왼쪽 그림과 같이 상층부로 갈수록 대지저항률이 낮아지나, 중간지점에 낮아지는 그래프가 나타나는 타입의 경우 하층부에 대지저항률이 낮은 지점이 존재하므로 표면층을 이용하여 접지를 하되 요구접지저항이 낮은 경우는 심매설공법을 이용한는 것도 좋은 방법이 됩니다.

왼쪽그림과 같은 경우 지표면이 암반층인 경우로 지표면을 이용한 접지공사는 적절치 않으며 심매설공법을 이용하여 공사를 하는 것이 적절한 방법입니다.

접지공법

수평형 접지방식

 

뇌격이 피보호범위 내로 침입할 확률은 수뢰부 시스템을 적절하게 설계함으로써 상당히 감소되며 수뢰부시스템은 다음의 요소들의 조합으로 구성됩니다.

봉 접지의 경우 현장에서 쓰이는 가장 일반접인 공법이며 접지저항 저감 포화도의 여부는 10개 내외에서 접지 값이 더 이상 떨어지지 않는 경우 대체공법을 강구하는 것이 효과적입니다.


메쉬접지공법의 경우 IEEE80에서 언급한 변전소 접지의 일반적인 공법이며, 대지전위상승을 완화시켜 인체안전에 역점을 둔 접지방식입니다. 최근에는 대형빌딩, 아파트 등의 접지방식에서 구조체와 병행하여 접지를 합니다.


판상접지의 경우 모양에 따라 대상접지 (띠모양접지) 등의 방법으로 접지대상지역의 공간모양에 따라 변형이 가능하며 동판대신 저감재 등으로 재료를 대체하여 효과적인 접지를 시행할 수 있습니다.

수직형 접지방식

 

심매설접지 (GEM)의 경우 전산센터 및 의료시설 IBS빌딩 및 주요공장 등에서 저 저항 접지를 요구할 경우, 그리고 상층부 대지저항률이 높아, 수평형 접지방식으로 요구접지저항을 얻을 수 없을 경우 사용되는 공법입니다.

장점
• 저 저항 확보가 용이합니다.
• 좁은장소에서도 저저항 확보가 가능합니다.
• 경년변화 (저항변화)가 적습니다.
• 환경오염이 비교적 적습니다.
단점
• 가격이 비교적 고가입니다.