통합접지기반 건축물에서의 22.9㎸ 수전설비 접지에 관한 연구 :A Study on the Mesh Grounding System of 22.9㎸ Substation in Global earthing system-based Buildings

박상교

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박상교 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 최창규

발행연도: 2013

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2013

22.9kV 수전설비 Mesh 접지설계의 안전성 평가 사례

박상교 , 최창규 조명·전기설비학회논문지 2013.05 학술저널

통합접지기반 건축물에서의 22.9㎸ 수전설비 접지에 관한 연구

박상교 전기공학과 2013.01 학위논문

2012

통합접지기반 건축물에서의 22.9㎸ 수전설비 접지에 관한 연구

박상교 , 최창규 한국조명·전기설비학회 학술대회논문집 2012.10 학술대회자료

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오늘날 전기 없는 삶은 상상할 수 없을 정도로 전기는 우리 일상생활에서 필수적이다. 하지만, 전기의 사용이 증가함에 따라 감전 사고로 인한 인명 피해 및 기기 손실의 위험도 또한 증가하고 있다. 이에 따라, 인명과 기기를 보호하기 위해 접지 시스템과 그 안전성에 대한 관심이 증대되고 있다.
국내 안전 기준에서는 접지 시스템 설계에 대한 안전 기준이 접지 저항으로 규정 되어 있어, 국내에서는 접지 저항을 이용한 접지 시스템 설계와 안전성 평가가 일반적이다. 이상적인 접지 시스템의 접지 저항은 0[Ω]일 것이나 어떠한 접지 시스템도 이상적이지는 않으므로 모든 접지 시스템의 항상 어느 정도의 접지 저항을 가지고 있다. 국내 안전 기준에서는 접지 저항의 최대값을 지정하고 있으며, 접지 시스템의 안전성을 이 최대값을 이용해서 평가하고 있다.
하지만 접지 저항만으로 접지 시스템의 안전성을 평가하는 것은 안전하지 않을 수 있다. 이는 뇌격이나 대용량의 전력 설비의 고장의 경우에 흐르는 대지 전류가 대단히 크기 때문에 접지저항을 낮게 하여도 대지표면의 전위는 감전 사고를 유발할 정도로 높은 값을 나타내기 때문이다. 다시 말해서, 감전 사고의 직접적인 원인은 높은 접지 저항이 아니라 사람이 접촉된 충전 부분의 전위와 인체의 전위 사이의 차 즉, 전위 경도와 직접적으로 관련된다. 그러므로 감전 사고를 방지하기 위해서는 전위 경도를 저감시키는 방법이 보다 효과적이다.
IEEE Std. 80에서는 메쉬 접지 망을 설계하는 방법을 제시하고, 메쉬 접지 망에 대해서 접지 저항을 대신하여 접촉 전압, 보폭 전압, 메쉬 전압을 이용하여 평가하는 방법을 제시한다. IEEE Std. 80에서는 내부 도체의 간격을 동일거리 유지하면서 도체가 교차되는 각도을 90°로 유지하는 메쉬 접지 망과, 이러한 메쉬 접지 망 대해서 접촉 전압, 보폭 저압, 메쉬 전압을 계산하는 방법 제안하고 있다. 만약 이러한 조건들로 판단했을 때 메쉬 접지 망이 안전하지 않다면, 메쉬 접지 망의 도체간격을 좁히거나, 접지봉을 추가 매설하는 등의 방법을 이용하여 접지 망이 안전해질 때 까지 접지 망을 재설계하게 된다. 이러한 안전 기준들은 인체의 안전한계전류를 고려하기 때문에, 이 방법을 이용하면 보다 안전한 접지 시스템을 설계할 수 있다.
최근 전기설비기술기준 및 판단기준 개정에 따라 소규모 수전설비에 적합한 접지 설계의 필요성이 증대되고 있으며, 이에 따라 소규모 수전설비 접지설계의 안전성 평가 방법에 대한 필요성도 같이 증대되고 있다. 이에, 이 논문에서는 22.9[kV] 소규모 수전설비를 위한 메시 접지극 설계를 제안하고 그 안전성을 평가하였다. 제안된 메시 접지극은 IEEE Std. 80에 의한 계산식과 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 평가되었으며, 그 결과 ANSI/IEEE Std. 80에서 규정한 안전 조건들을 충족하는 것으로 검증되었다.

Today electricity is so essential in our daily life that it is impossible to imagine life without electricity. As the use of electricity increases, however, the risk of loss of life and damage to electric equipments due to accidental electronic shock also increases. Consequently, there is an increasing interest for grounding systems and their safety in order to protect life and electric equipments.
As the domestic standard on the safety of grounding systems uses ground resistance as a safety measure, it is common to evaluate the safety of grounding systems by their ground resistance. An ideal ground system will have 0[Ω] as its ground resistance, but no ground system is ideal, so every ground system has a small amount of ground resistance. The domestic safety standard specifies the maximum value of ground resistance, and evaluates the safety of grounding systems by using it.
However, it is sometimes unsafe to evaluate the safety of grounding systems only by their ground resistance. Since the ground current is very large in the case of lightning stoke or ground fault of electric power equipment with large capacity, ground potential becomes high enough to lead to electric shock even if the ground resistance is low. In other words, the direct cause of electronic shock is not low ground resistance, but high potential gradient, which is the difference between the potential of a charging part contacted with a human and of the body. Therefore, it is more effective to reduce potential gradient in order to provide protection against electronic shock.
IEEE Std. 80 suggests a method of designing mesh grounding systems and evaluating their safety by using touch voltage, step voltage and mesh voltage instead of ground resistance. IEEE Std. 80 suggests mesh grounding systems that maintain the uniform distance between internal conductors and the angle of their crossing part as 90°, and the method of calculating touch voltage, step voltage and mesh voltage for such systems. If a mesh grounding system is unsafe according to these criteria, the design of the mesh grounding system is refined by narrowing the distance between conductors in the mesh, or laying additional ground rods until the mesh grounding system becomes safe. Since these criteria consider the safe current limit of the body, this method allows the design of safer grounding systems.
There is increasing demand for practical groundings for small-area substations because of the recent revision of Korea''s Electrotechnical Regulations, which necessitates the method of evaluating their safety. This paper proposes a practical mesh grounding system for 22.9kV substations and studies how to evaluate its safety. The proposed grounding system is proved to obey the safety criteria of ANSI/IEEE Std. 80 via ANSI/IEEE Std. 80 method and computer simulation.

#ANSI/IEEE Std. 80 #Korea''s Electrotechnical Regulations #computer simulation

Ⅰ. 서 론 1
1. 연구의 배경 1
2. 연구의 목적 2
3. 연구의 방법 4
Ⅱ. 접지의 기본이론 5
1. 접지의 원리와 정의 5
2. 접지의 목적과 종류 8
1) 기기접지 8
2) 계통접지 9
3. 접지공사의 종류 11
4. 인체의 전기적 특성과 안전한계 12
1) 인체의 저항 12
2) 인체의 생리적 현상 13
3) 감전사고시 인체의 전기적 등가 회로 13
4) 안전한계 18
Ⅲ. 접지설비의 고장전류해석 20
1. 대칭좌표법 20
2. 3상 평형회로 21
3. 3상 교류발전기 기본식 23
4. 3상 단락 고장 24
5. 1선 지락 고장 26
Ⅳ. 대지의 전기적 특성 29
1. 개 요 29
2. 대지의 전기적 특성 29
1) 토양의 전기적 성질 29
2) 대지저항률 32
3. 대지저항률의 측정 35
1) 2전극법 36
2) 4전극법 36
3) 간이측정법 39
Ⅴ. 접지시스템 설계절차 41
1. 접지설계 흐름도 41
2. 접지설계 기호 42
3. 접지설계 단계별 요약(1 단계) 44
1) 대지고유저항의 측정조건 45
2) 흙의 저항률 45
5. 접지도체 굵기 산정(2 단계) 46
1) 국내, 외 규격 비교 46
2) ANSI/IEEE Std. 80 47
3) IEC pub 60364-5 48
4) 일본규격(JIS) 49
5) 전기설비기술기준(내선규정포함) 50
6) 한국산업규격 50
6. 안전한계 위험전압 결정(3 단계) 51
7. 예비설계(4 단계) 56
8. 접지저항 계산(5 단계) 56
9. 대지전류 계산(6 단계) 57
10. 최대대지전위상승과 최대허용접촉전압 비교, 평가(7 단계) 58
11. 위험전압 계산(8 단계) 60
12. 최대예상접촉전압과 최대허용접촉전압 비교, 평가(9 단계) 62
13. 최대예상보폭전압과 최대허용보폭전압 비교, 평가(10 단계) 62
14. 설계수정(11 단계) 62
15. 상세설계(12 단계) 63
Ⅵ. 모의실험장치 및 모의실험방법 64
1. 모의실험장치 64
2. 모의실험방법 64
1) 컴퓨터 모의실험 조건 및 결과 64
3. 현장자료조사(1 단계) 65
1) 접지설계 제원 65
4. 접지도체의 굵기산정(2 단계) 66
5. 안전한계 위험전압 결정(3 단계) 67
6. 예비설계(4 단계) 68
7. 접지저항 계산(5 단계) 69
8. 대지전류 계산(6 단계) 69
9. 최대대지전위상승과 최대허용접촉전압 비교, 평가(7 단계) 70
10. 위험전압 계산(8 단계) 70
11. 최대예상접촉전압과 최대허용접촉전압 비교, 평가(9 단계) 72
12. 최대예상보폭전압과 최대허용보폭전압 비교, 평가(10 단계) 72
13. 설계수정(11 단계) 72
14. 제2방안(접지봉 추가) 73
15. 제3방안(그리드간격 배치 수정) 74
16. 상세 설계(12 단계) 81
Ⅶ. 결 론 83

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