KEC에 따른 공사계획신고 – 접지계산서 작성 2
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STEP. 4 : 초기 설계
접지 설계는 흐름도에서도 보이는 것처럼 초기에 개략적인 설계를 한 뒤, 고장 전압이 안전 전압을 초과하지 않도록 수정 설계하는 것이다. 이에 이 단계에서는 GRID의 길이 및 매설 깊이를 정하여 초기 설계를 진행한다.
IEEE Std.80의 9.4절에서는 아래와 같이 초기 설계에 대해 안내하고 있다.
특히, 변전소의 경우 그리드 형태로 3~7m간격으로 설계하도록 안내하고있으니 참고 바람.
| 기호 | 의미 | 비고 |
| D | 접지망 그리드 등가 간격(m) | |
| n | 접지망 형상계수 | IEEE Std. 80 – eq(89) / 아래 수식 참고 |
| LC | 접지망 수평도체길이(m) | (외곽이랑 중복으로 count하나?) |
| LT | 접지망 외곽길이(m) | |
| h | 접지망 매설깊이(m) | 안전공사 검사판정기준 0.75이상 |
| 기호 | 의미 | 비고 |
| Lp | 그리드의 주변 길이(m) | |
| Lx | x 방향 그리드의 최대 길이(m) | |
| Ly | y 방향 그리드의 최대 길이(m) | |
| Dm | 그리드에서 두 점 사이의 최대 거리(m) | |
| A | 접지망 포설면적(㎡) | Plot Plan(평면도)를 통해 배치한 Grid의 면적 |
일반적으로 Grid의 코너에 Rod를 경계를 따라 설치하므로 아래의 수식에 따라 계산
| 기호 | 의미 | 비고 |
| Lm | 유효 매설 길이(m) | |
| Ls | 유효 매설 도체 길이(m) | |
| Lr | 접지봉 구성 단위 길이(m) | |
| LR | 접지봉 전체의 길이(m) |
STEP. 5 : 접지 저항 계산
초기 설계 값을 바탕으로 접지저항 값을 계산한다. 이 때 프로젝트 요구사항이 있는 경우, 이를 만족하는지 함께 확인한다.
접지 저항을 계산하는 방법은 간략화된 SVERAK Equation과 상세한 Schwarz’s Equation이 있다. 이중 간략화 된 전자의 수식을 사용하여 계산해보자. (SVERAK Eq는 Rod에 대한 계산이 생략되어 있으므로, 상세한 계산을 위해서는 Schwarz’s Eq를 참고할 것)
| SVERAK equation | Schwarz’s equation |
 |
 |
| Rg : Resistance of grounding system, Ω | Rg : Resistance of grounding system, Ω R1 = ground resistance of grid conductors in Ω R2 = ground resistance of all ground rods in Ω Rm = mutual ground resistance between the group of grid conductors, R1, and ground of ground rods, Rm in Ω |
※ 참고 :
1. 한전기준에는 154kV급 이상의 특고압 변전소의 경우 접지저항을 1Ω 이하로 규정하고있다.
2. IEEE Std.80의 14.1항 및 IEEE 142의 4.1.2항에서 대규모 상업용건물, 빌딩 및 산업용 플랜트 변전소의 접지저항은 1~5Ω을 권장하고있다.
STEP. 6 : 접지망 유입 전류 계산(지락 전류 계산)
| 기호 | 의미 | 비고 |
| IG | 최대 접지망 유입전류(A) | |
| Df | 비대칭분 교정계수 | 고장지속시에 따라 주어진 값 (IEEE Std.80 Table 10 아래 표 참고) |
| Sf | 지락전류 분류계수 | 1선고장 전류중에 접지마을 통하여 대지로 방출되는 전류의 크기 [안전공사 검사판정기준 0.2이상] |
| Cp | 장래의 계통확장계수 | 안전공사 검사판정기준 1.0이상 (일반적으로 계통이 확장되면 고장전류도 증가하기 때문; 일반적으로 1~1.5의 계수 적용) (IEEE Std.80 Clause 15.9) |
| Ig | 대칭 접지망 실효전류(A) | |
| If | 대칭 지락 실효전류(A) | 지락고장전류 (특고압 계통의 최대지락전류 적용) [안전공사 검사판정기준] |
| I0 | 영상 고장 전류(A) |
STEP. 7 대지 전위 상승 계산
STEP 5와 6에서 구한 접지 저항과 접지 전류를 곱하여 대지 전위 상승 값을 계산하고, STEP 3에서계산한 접촉 전압과 비교한다.
①접촉전압(Etouch)보다 대지 전위 상승 값(GPR)이 낮다면, 다음 단계를 생략하고 STEP. 12으로 넘어간다.
②접촉전압(Etouch)보다 대지 전위 상승(GPR)이 높다면, 다음 단계인 STEP. 8로 넘어간다.
※ 참고 :
1. 접촉전압은 보폭전압 보다 항상 크다.
2. 안전전압은 표면저항률이 가장 큰 변수이며, 사고전압은 대지저항률이 가장 큰 변수이다.
STEP. 8 메시 전압과 보폭 전압 계산
- 계산은 간이 해석방법을 통해 계산하며(IEEE Std.80 clause 16.5), 메시 전압의 계산은 아래의 수식에 따라 계산한다.
| 기호 | 의미 | 비고 |
| Em | 메시 전압 | |
| ρ | 대지고유저항(Ω.-m) | 지반조사 실측(분석) 값 |
| IG | 최대 접지망 유입전류(A) | |
| Km | 간격 계수 | |
| Kii | 외곽도체에 대한 내부도체 보정계수 | 외곽을 따라 접지봉을 코너에 설치한 경우 Kii=1 |
| Kh | 매설 깊이에 따른 보정계수 | |
| Ki | 전위경도 변화에 대한 교정계수 | 전류밀도가 중심부보다 모서리부분이 높으므로 반영되는 교정계수 |
| n | 도체 변수 |
STEP. 9 메시 전압 적절성 판별
결과값인 메시 전압(Em)과 최대허용접촉전압(Etouch)와 비교하여,
①최대허용접촉전압(Etouch)보다 메시 전압(Em)이 높다면, 다시 단계를 STEP. 5로 돌아가서 STEP. 4의 초기 설계를 수정한다.
②최대허용접촉전압(Etouch)보다 메시 전압(Em)이 낮다면, 다음 단계인 STEP. 10으로 넘어간다.
STEP. 10 보폭 전압 적절성 판별
- 계산은 간이 해석방법을 통해 계산하며(IEEE Std.80 clause 16.5), 보폭 전압의 계산은 아래의 수식에 따라 계산한다.
| 기호 | 의미 | 비고 |
| Es | 보폭 전압 | |
| ρ | 대지고유저항(Ω.-m) | 지반조사 실측(분석) 값 |
| Ks | 기하학 계수 | |
| Ki | 전위경도 변화에 대한 교정계수 | |
| IG | 최대 접지망 유입전류(A) | |
| Ls | 유효 매설 도체 길이(m) | STEP. 4 계산 변수 참조 |
| n | 도체 변수 |
이렇게 최대예상보폭전압(Es)를 계산을 마치고나면, 최대허용접촉전압(Etouch)와 비교하여
①최대허용접촉전압(Etouch)보다 보폭 전압(Es)이 높다면, 다시 단계를 STEP. 5로 돌아가서 STEP. 4의 초기 설계를 수정한다.
②최대허용접촉전압(Etouch)보다 보폭 전압(Es)이 낮다면, 마지막 단계인 STEP. 12(상세설계)으로 넘어간다.
STEP. 12 상세 설계
- 접지할 기기 근처에 접지선이 없다면 추가로 설치하고, 가공지선, 피뢰기, 변압기, 중성점 하부등에 접지봉을 추가로 시공하는 것을 검토한다.
이렇게 길고긴 접지설계 계산서를 작성해 보았다. 긴글을 읽고 따라오느라 고생하셨습니다.
작성간에 오류나 질문이 있는경우 댓글로 남겨주시면 참고하겠습니다. 감사합니다.
(P.S. 시간이 생기면 이를 계산하는 엑셀 양식을 제작해서 첨부할 계획이다. / 필요하신분은 댓글을 남겨주세요..)
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관련 자료 출처 :
1. IEEE Std. 80‐2000
2. 한전 설계기준 DS-2601
3. 전기설비기술기준의 판단기준-2018
4. KEC 검사판정기준-2020.10