접지의 설계 · 시공

접지의 목적은 접지계에 유입된 전류를 대지로 방류하여 전위상승을 억제하는데 있다. 전위상승을 억제하는요소는 접지저항(접지 임피던스)을 작게하는 것으로 접지설계·시공시 시공장소의 대지상태에 적합한 공법을 고려하지 않으면 안된다.

1. 접지 저항을 구성하는 요소

1) 접지선, 접지전극의 도체 저항

2) 접지 전극의 표면과 그표면과 접하는 토양간의 접촉저항

3) 접지 전극 주변의 토양의 저항

상기 3가지 사항중 토양의 저항이 제일 중요하며, 이저항을 대지 비저항률(大地 比抵抗率)이라 한다.

2. 대지 비저항률(大地 比抵抗率)

1) 대지 비저항률에 영향을 주는 요소

토양의 종류나 수분 함유량 혹은 온도, 계절변동 이외에 토양에 함유된 수분에 용해된 물질과 그 물질        의 농도, 그리고 토양의 입자의 크기, 조밀도 등이 대지 비저항율에 영향을 주는 요인이 된다.

지 질	토지 저항율 (□·m)
점토질 습지 밭 습지하층 자갈 산지점토 산지 (자갈암석) 강 둔덕 (자갈모래) 유기질토 (적토) 콘크리트 (흡수상태) 사암, 공암 일반암반	10∼150 10∼200 100∼1000 200∼2000 2000∼5000 1000∼5000 50∼500 20∼100 10∼500 1000∼5000

토양에 함유된 수분 (건조한 토양의 중량에 대한 비율)	모래 혼합 토양의 저항율 (□·m)
2 4 6 8 10 12 16 20 24 28	1800 600 380 290 220 170 130 90 70 80

토양저항율의 대표적인 수치                       토양 저항율에대한 부분 영향의예

季節 (月)

대지저항율의계절변동

3. 접지 저항 저감 방법

1) 접지극의 형상, 길이를 변경

2) 병렬접지, 심타식, 메쉬식

3) 토양의 개량

대지 저항율이 대지에 따라 다른것처럼 접지 공법도 각각의 대지에 따라 달리 시공해야 한다.

4. 피뢰설비의 접지 저항치

1) 총합 : 10□ 이하

2) 단독 : 50□ 이하

3) 독립 가공지선 : 10□ 이하

4) 철골 또는 주철근 2조 이상을 인하 도선으로 대체사용한 경우

피보호물의 기초 접지 저항과 접지극의 접지저항의 합성치 : 5□이하

5) 피보호물의 기초를 접지극으로서 이용하는 경우 : 5□

6) 대지 저항율이 1000□·m 이상의 경우 : JIS 3.1.4에 의함.

5. 접지 저항치의 측정

접지 전극에 접지 전류 I (A)가 유입되면, 접지 전극의 전위가 주변의

대지에 비하여 E (∨)만큼 상승한다.

이때 전위 상승치와 접지 전류의 비 E/I (□)를 그접지 전극의 접지저항치라고 한다.

1) 접지 저항계 JIS C 1304 (L-9)에 의한 측정

접지극 (E), 보조접지 (P.C)는 최대한 직선상으로 배치한다.

직선상 배치가 어려울 경우 E-C 와 E-P의 각도는 30° 정도로 한다.

접지 저항의 측정

접지저항치는 지하수위, 매설토양의 굳어짐 등에 의해 변화하므로 시공후 2-3회 확인하는 것이 요망된다.

각 단독 접지 저항치에의해 총 합성 저항치를 구하는 경우는 다음의 식에 의한다.

1

R  =  □□□□□□□□□□□□□□□

1       1     1           1

□□ +  □□  □□  ... + □□

R□    R□   R3           R□

단,   R = 총 접지 저항치

R□ R□........R□ = 단독 접지 저항치

2개소 이상의 접지저항이 병렬로 접속되어 있는 경우, 접 지저항치는 병렬 저항의 계산식으로                계산하지만, 실측 저항치는 계산치보다 높게 된다.

이것은 전극이 근접하여 설치되면 각각의 전극에서 유출되는 전류에 의해 전류밀도가 증가하여

병렬 효과의 영향 때문이다.

따라서 병렬 접속의 경우에는 아래의 계단식에 의한다.

R

R□ = n □□

n

단,R□ =   합성접지 저항치

R   =  접지극 1개소의 접지저항

n   =  접지극 개수

□   =  집합계수

집합계수 (접지봉의 지름 : 1.248 14□의 경우)

□ d	0.5	1	2	3	4
1.5	1.496	1.248	1.124	1.082	1.062
3.0	1.888	1.444	1.222	1.148	1.111
4.5	2.258	1.629	1.314	1.209	1.157
6.0	2.618	1.809	1.404	1.269	1.202
7.5	2.956	1.978	1.489	1.326	1.244

(2) 전위 강하법에의한 측정

대규모 접지체 (건축 구조체, 메쉬 전극등) 의 측정에 사용된다.

접지 저항이 매우 낮기 때문에 유도의 영향을 받기가 쉽다.

이를  위한 측정전류는 10∼20A 정도, 절연 변압기,슬라이닥등 각각의 전류에 대응하는 용량 (VA)을

사용한다.

□ｇ,□p는 접지 시설이 정방형이라면 그1변의 길이 a (그 이외이 형에서는 정방형이라면환산하여)로하여       3a 이상 □p는 5a 이상으로 한다.

(mesh 전극의 경우  □ｇ는 4a∼5a,□p는 300∼600m 로 한다)

지금 □ 전류가 흐를 때 전압 V. 전압V. 값이 Vｚ로 읽혀졌다면 측정 할려는 접지저항은

R = Vｚ/□ 가 된다.

이 측정법은 시가지에서 시행할 경우, 교통사정이나 도로면의 포장되어 있는 등의 이유로 곤란한 경우가       많다.

V.V : 진공관 전압계

(고임피던스계,100K□∼1M□ 정도)

E｜ : 측정대상 접지시설

□ｇ : E｜부터 보조전극 까지의 거리

□p  : E｜부터 무한원점 까지의 거리          □  : 전류계 25∼50A

□  : 전압계

실제 측정하는 경우 근접지역에 거대한 접지물체,혹은 매설 금속관등이 있는 경우가 많다.

이와 같은 경우에는 다른 것으로부터 유도에의한 전위, 또한 접지 전류에 의한 대지 표류

전위등의 영향을 받는 경우가 많으므로 실제 측정시에는 주의하지 않으면 안된다.

이와 같은 장소의 측정법을 다음에 나타낸다.

즉, 전류의 극성을 전환하여 (절연 변압기의 2차측에서 바꿔서 연결) 각각의 Vｚ의 값이 Vv□Vｚ□라 하      자. 다음에 접지 전류 □를 0으로 할 경우의  V의 값을 Vｓ로하면 다음과 같은 벡터도가 된다.

대지 표류 전위가 있는 경우의 전위 관계도

그림에서 2Vv2+2(Vo)2=Vv12+Vv22이므로

Vv12 + Vv22 - 2(Vo)2  ½

Vv =  ( □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□)

2

Vv1 : 극성 절체 V1의 경우 측정치

Vv2 : 극성 절체 V2의 경우 측정치

Vo  : 대지의 부유전위 (I=0의 경우)

Vv  : 접지 전극 전위의 참 값

Vv

R = □□□ ( □ )

□

10∼20A정도의 전류를 흘려 전위 상승치를 전압계로 읽기위해서는 전류뢰로에 10∼정도의 보조 접지를

얻지 않으면 안된다.

6. 接地抵抗 計算式

접지 저항의 계산식은 다음의 종류가 있으나 어느것이나 근사치이다.

(1) 棒狀電極

□ 電極棒이 地表면에 노출되는 경우

□          4□

R = □□□  (□ｒ□□ -1 )

2□□        d/2

□ 電極棒이 地表下에 埋設되는 경우

3□

□□ +2□

□            4□         1            2

R =  □□  □□ｒ □□□ -1 + □□ □ｒ □□□□□ □

2□□          d/2         2            □

□□ +2□

2

단,

R	=	접지저항 (□)
□	=	대지 비저항율 (□.m)
□	=	전극봉 매설깊이 (m)
ｈ	=	전극봉 외경 (m)
□	=	지표면부터 전극봉까지의 깊이 (m)

(2) 板狀 電極

□     □          7    r□

R= □ + □□□  ( 1+ □□ .□□  )

8r    8□□         96    □□

단,

R	=	접지저항 (□)
□	=	대지 비저항률 (□.m)
r	=	등가반경 a·b= □r□(m)
□	=	매설깊이 (m)

(3) 線狀電極 (COUNTER POISE)

□          4□        2□       2□

R=  □□□  (□ｒ □□ +□ｒ  □□ -2+  □□ )

2□□         d          □         □

단,

R	=	접지저항 (□)
□	=	대지 비저항률 (□.m)
□	=	매설지선 길이 (m)
ｈ	=	매설지선 외경 (m)
□	=	매설깊이 (m)

(4) 網狀電極 ( mesh )

□        2Ｐ       Ｐ

R□= □□ (□ｒ □□ + K□□□  - K□ )

□Ｐ      a □       [eqn: SQRT { Ｅ }][eqn: SQRT { A][eqn: `^{ ASQRT { }][eqn: SQRT {2rt]

[eqn: SQRT { SQRT { A SQRT { A]

[eqn: SQRT { A]

[eqn: SQRT { Ｅ}]                          [eqn: SQRT { Ｅ}]

A : □□0의 경우    B :□□  □□□  의 경우       C :□□  □□□  의 경우

10                             6

Schwarz의 계수 k □,k □

단,

R	:	접지저항 (□)
□	:	대지 비저항율 (□.m)
Ｐ	:	접지선총길이 (m)
ｅ□	:	[eqn: SQRT {2rt }] (지표면의 경우는ｘ= r )
		ｖ= 접지선의 반경
		ｘ= 매설깊이
A	:	매쉬의 면적 (m□)
k□k□	:	계수

메쉬에 봉상전극을 병행하는 경우는 상호 저항의 영향을 받기 때문에 합성저항 계산식에 의해 계산한다.