(4)접지그리드의 접지저항계산 (5)접지그리드의 최대전위상승계산 (6)접지그리드 주변의 보폭전압계산
(7)접지그리드내의 보폭전압 및 접촉전압계산 (8)전이전압과 특히 위험한 개소의 조사 (9)(6),(7)및 (8)항에 의한 예비설계의 수정 (10)접지그리드 건설
(11)완료 후의 접지그리드의 접지저항 측정과 가능하면 보폭전압 및 접촉전압측정 (12)실측값에 의한 (5),(6),(7)및 (8)항의 재검토
(13)(12)항의 검토 결과에 따라 필요하다면 접지그리드의 변경 및 추가
2. 접지설계의 순서
▶ 단계 1
변전소 기본배치도면에서 접지그리드 포설면적을 계산한다.토양자료의 조사 및 분 석을 통하여 얻은 결과로부터 등가 대지 저항률을 구한다.
▶ 단계 2
접지도체의 굵기는 IEEE Std.80에서 제안하는 식 (3.69)에 의하여 계산한다.1선 지락전류
는 장래의 계통확장과 도체전류 분류율()을 감안하여 접지도체가 견뎌야 할 최대값이며,고장전류 지속시간 는 보호계전기의 후비보호를 포함하여 최대 고장 제거 시간을 반영한다.고장전류 지속시간 는 1.0으로 한다.
･
ln
･ ･ ･
[㎟] (3.69)
여기서,
:최대지락전류 [A]
:도체의 단면적 [㎟]
:최대허용온도[℃]
:주위온도 [℃] :고장전류지속시간 [℃]
:20℃에서의 저항온도계수
:0℃에서의 저항온도계수 :20℃에서의 도체의 고유저항[μΩ․㎝]
:열용량계수 [J/㎤/℃]▶ 단계 3
최대 허용 안전전압을 식 (3.74)와 (3.75)에 의하여 계산한다.이 식에서 사용된 인 체가 허용된 감전시간은 0.03～3초의 범위에서 인체안전 허용전류 계산한 결과로 고장 설비의 차단시간을 감안하여 감전시간 를 0.5～1.0초 범위내의 값으로 한다.
변전소에서 인체가 위치하는 지점의 넓은 면적을 자갈이나 아스팔트와 같이 저항률 이 높은 재료를 0.08～0.15[m]의 층으로 덮는 경우에는 신발과 대지와의 접촉저항이 증가한다.따라서 접촉전압과 보폭전압의 등가회로에서 저항률이 높은 재료를 덮는 경 우에 접촉전압과 보폭전압의 최대 허용전압 한계값은 식 (3.70)과 (3.71)로 표현된다.
(3.70)
(3.71)
여기서, :표토 층 재료와 두께에 따른 감쇄계수
-53-감쇄계수 는 표토층의 재료와 두께에 의하여 결정할 수 있으며,지층의 대지저항 률()과 표토층 재료의 저항률( )와의 특성인 반사계수(K)에 따라서도 다른값을 나 타낸다.이러한 관계를 보인 것이 그림 3.9이며,반사계수(K)는 식 (3.72)와 같다.
(3.72)
여기서, :대지표면(표토층)의 저항률[Ω-m]
Fig.3.9DeratingFactorvsThickness
감쇄계수 를 식 (3.73)과 같이 해석식으로 구할 수 있다.
(3.73)그러면 인체의 체중별로 최대 안전 허용전압은 다음과 같이 구할 수 있다.
허용 보폭전압 : ⋅⋅
⋅⋅
(3.74)
허용 접촉전압 : ⋅⋅
⋅⋅
(3.75)
▶ 단계 4
예비설계에서는 접지그리드 매설깊이 를 결정하고,접지그리드 간격
를 정하여<단계 1>에서 구한 접지그리드 포설면적으로부터 접지그리드 1변 도체수 n을 구하고, 접지시스템 도체의 총길이
를 구한다.접지그리드 간격과 접지봉의 매설위치는 대지 전류
의 크기와 접지그리드의 포설될 면적을 감안하여 결정한다.▶ 단계 5
접지저항을 식 (3.76)에 의하여 계산한다.
(3.76)여기서,
:변전소 접지저항 [Ω] :대지 고유 저항률[Ω․m]
:접지망 포설면적 [㎡]
:접지계 총 도체길이[m]
:접지망 매설깊이 [m]
▶ 단계 6
대지전류
를 계산한다.접지시스템의 과다설계를 방지하기 위하여 지락전류가 접지그리드를 통하여 원격대지로 흘러 들어가 보폭전압,접촉전압 및 접지 전위상승에 관계되는 전류분만을 설계에 반영한다.그러나 최악의 고장위치와 조건,비대칭분에 대 한 교정,장래의 확장을 고려하여야 한다.▶ 단계 7
위험전압인 최대 보폭전압 및 접촉전압을 다음의 간이 해석방법에 의하여 계산한 다.지표면 전위분포를 계산할 수 있는 컴퓨터 프로그램이 있으면 활용한다.
1)접지그리드의 최대 보폭전압
접지그리드의 보폭전압은 다음 식 (3.77)에 의하여 계산한다.
ㆍ
ㆍ
ㆍ
[V] (3.77)
보폭전압 산출을 위한 간격계수
의 값은 매설깊이에 따라 식 (3.78)에 의하여 결정한다.
(3.78)2)접지그리드의 최대 접촉전압
접지그리드의 최대 접촉전압은 다음 식 (3.79)에 의하여 계산한다.
ㆍ
ㆍ
ㆍ
[V] (3.79)
여기서
:메시도체의 총 길이 [m]
:접지봉 총길이 [m]
ㆍ
ㆍ
:접지그리드의 매설깊이 [m]메시전압 산출을 위한 간격계수
은 식 (3.80)와 같이 계산한다.
ln
ln
(3.80)여기서
:1[m](접지그리드 기준 매설 깊이)
:외곽 도체에 대한 내부도체의 보정계수
(접지망 외각 또는 전체에 접지봉을 타설한 경우)
(상기 이외의 경우)
:매설 깊이에 따른 보정계수
:그리드 간격 [m] :매설깊이 [m]
:접지그리드 형상에 따라 계산되는 계수
:도체의 직경 [m]
▶ 단계 8
만약 최대예상 접촉전압이 최대 허용 접촉전압보다 낮으면 다음 단계로 넘어가고 그 렇지 않으면 <단계 11>로 넘어가 예비설계를 수정한다.
▶ 단계 9
만약 접촉전압과 보폭전압이 최대 허용 위험전압보다 낮으면 기본적인 접지설계를 끝 내고 그렇지 않으면 <단계 11>로 넘어가 예비설계를 수정한다.
▶ 단계 10
접촉전압과 보폭전압이 최대 허용 위험전압보다 높으면 접지그리드 간격 또는 매설깊 이 등을 조정하고 접지봉의 개수를 증가시켜 접지시스템 도체의 총길이를 증가시키도 록 예비설계를 수정한다.만일 접지그리드와 접지봉을 증가시켜도 소요 접지저항을 얻 을 수 없을 경우에는 접지그리드 포설면적을 증가 가능 여부,별도의 접지보강 방법 사용,자갈의 포설두께를 증가시키거나 절연성능이 좋은 재질로 변경하여 최대허용 안 전전압을 증가시킬 수 있는지를 검토한다.
▶ 단계 11
접촉전압과 보폭전압 계산값이 요구치를 만족하면 상세설계에 들어간다.접지할 기기 의 근처에 접지도체가 설치되어 있지 않으면 접지도체를 추가로 설치하고,가공지선, 피뢰기,변압기 중성점 등의 하부에 접지봉을 추가로 타설하는 것을 검토한다.
접지설계가 제출되어 시공이 완료되면 접지저항을 실측하여 설계치와 크게 차이가 나 면 그 원인을 분석하고 실측 저항치가 설계 저항치보다 높으면 접지설계를 보강하여 재 시공하여야 한다.
3. 접지설계의 순서도
FIELD DATA
---A, r
CONDUCTOR SIZE
---3 I0, tc, d
TOUCH & STEP CRITERIA
---Etouch, Estep
INITIAL DESIGN
---D, n, L, h
GRID RESISTANCE
---Rg, Lc, Lr
GRID CURRENT
---IG, tf
Em < Etouch MESH & STEP
---Em, Es, Km, Ks, Ki, Kii, Kh VOLTAGES
Es < Estep
DETAIL DESIGN YES NO
MODIFY DESIGN
---D, n, L
NO
YES
STEP 1
STEP 2
STEP 3
STEP 4
STEP 5
STEP 6
STEP 7
STEP 8
STEP 9 STEP 10
STEP 11
Fig.3.10FlowchartofGroundGridDesign