150MW급 사우디아라비아 태양광 발전소(화학 전극 4,200개, 평균 패드 저항 3.1Ω)의 현장 데이터와 중동/아프리카/동남아시아 수출 선적 데이터를 분석하여, 표준 구동봉이 모래, 암석, 라테라이트 토양에서 실패하는 이유와 조달 문서에 명시된 내용들을 살펴봅니다.

이 기사의 중심 소재가 되고자 하는 대화는 2020년 8월에 마드리드에 본사를 둔 EPC 회사가 보낸 문의 메일에서 시작되었습니다. 이 문의 메일은 이 기사의 현장 데이터가 나온 150MW 규모의 사우디아라비아 태양광 발전 프로젝트로 이어졌습니다. 문의 메일에는 다음과 같은 내용이 포함되어 있었습니다.화학 접지봉대규모 태양광 발전소 부지의 토양 저항률 조사 결과가 1,500~2,200Ω·cm 범위로 나왔습니다. 지반 조사 보고서는 명확했고, EPC 업체는 역량이 뛰어났으며, 부지는 수석 엔지니어가 2018년 칠레의 소규모 프로젝트에서 경험했던 석회암 지대에 위치해 있었습니다. 당시 코로나19로 인한 여행 제한 때문에 예정되었던 두 차례의 토양 점검을 건너뛰면서 3년 차에 토양 수위가 접촉 전압 마진을 초과했던 사례가 있었습니다. 그는 같은 실수를 반복하고 싶지 않았습니다. 이 글은 바로 그 이메일에서 비롯된 엔지니어링 논리, 즉 EPC 업체가 최종적으로 조달 문서에 포함시킨 토양 유형 분류 체계와 이를 뒷받침하는 발전소 현장 데이터에 대한 내용입니다.

이 가이드는 중동, 아프리카, 동남아시아 프로젝트 발주처의 조달팀을 위한 것입니다. 이들은 지반공학 보고서를 받았지만 설계팀에서 압입봉 대신 화학 전극을 요구하고 있으며, 향후 2주 안에 조달 문서를 작성해야 하는 상황에 처해 있습니다. 아래 언급된 세 가지 토양 유형(모래, 암반, 라테라이트)은 해당 보고서에서 가장 자주 등장하는 유형이며, 각 유형별로 파괴 양상이 다릅니다. 하지만 조달팀의 대응 방안은 세 가지 유형 모두에서 동일합니다.

1. 사질토 — 공중에 매달린 전선 고장

건조한 모래는 세 가지 접지 불량 원인 중 가장 직관적이지 않은 경우입니다. 이론상으로는 완벽한 접지 매체처럼 보입니다. 모래는 느슨하고 배수가 잘 되며 굴착하기도 쉽습니다. 하지만 웨너 4핀 저항계로 측정해 보면 전혀 다른 결과가 나옵니다. 사막의 건조한 모래는 일반적으로 1m 깊이에서 3,000~10,000Ω·cm의 저항값을 나타내며, 모래 언덕의 모래는 최악의 경우 1.5m 깊이에서 20,000Ω·cm를 넘는 저항값을 보일 수 있습니다. 그 이유는 기계적 저항이 아니라 이온 저항 때문입니다. 건조한 모래는 점토 함량이 거의 없고, 전류를 접지봉 표면에서 멀리 전도시키는 용해된 광물 함량도 거의 없기 때문입니다.

계산 결과를 바꾸는 것은 막대 표면의 수분 함량입니다. A 화학 접지봉NEMA GR-1 측심봉은 100mm 직경의 오거로 파인 환형 공간 내부에 구리 피복 코어가 있으며, 이 공간은 흡습성 되메움재(일반적으로 황산마그네슘과 혼합된 벤토나이트)로 채워져 있습니다. 이 되메움재는 토양과 계절 습도로부터 주변 수분을 흡수하여 측심봉 표면에 유지하고, 이온 성분을 주변 토양으로 천천히 방출합니다. 그 결과, 주변 토양의 저항이 8,000Ω·cm일지라도 측심봉과 토양 사이의 접촉면은 약 200Ω·cm의 저항을 가진 토양처럼 작용합니다. NEMA GR-1 측심봉의 기하학적 구조는 변하지 않으며, 토양과의 접촉면만 달라집니다.

2020년부터 2025년까지 중동 지역으로 선적한 제품에서, 2,000~8,000Ω·cm의 모래층에서 화학 접지봉 설치 시 측정된 중간 패드 저항은 물주기 없이 설계 목표치인 5Ω 대비 3.6Ω으로 나타났습니다. 동일한 모래층에서 인접한 부지에 설치된 접지봉만 사용한 경우, 시운전 시 18~42Ω의 저항이 측정되었고, 첫 해 안에 재시추되었습니다. 접지봉의 직경은 동일했습니다. 차이점은 되메움재였습니다.

2. 암반 토양 — 석회질층의 병목 현상

이 기사에 사용된 현장 데이터를 제공한 사우디아라비아 현장은 어레이 남서쪽 모서리에 3.5m 깊이의 석회암층이 있었습니다. 원래 사양에서는 2.4m 길이의 전극봉을 사용하도록 되어 있었는데, 이는 어레이의 94%에서 정상적으로 작동했습니다. 나머지 6%는 전극봉을 설치하기에는 너무 얕고, 그렇다고 무시할 수도 없을 정도로 저항이 높은 석회암층 위에 있었습니다. 해당 모서리의 6개 패드는 전극봉을 3.0m까지 연장했음에도 불구하고 시운전 시 4.7Ω 이상의 저항값을 나타냈습니다. 우리는 두 가지 조치를 취했습니다. 첫째, 델타 패턴의 이중 전극(각 패드를 삼각형 모양으로 배치한 2.4m 전극봉 두 개)으로 변경했습니다. 둘째, 저항을 추가했습니다.컬럼 흑연 접지 모듈MV 변압기 패드에 병렬로 연결했습니다. 5년 차 재시험 결과 최악의 경우 4.7Ω이 나왔는데, 이는 설계 마진 범위 내였습니다. 이는 모듈이 수직 경로가 차단된 부분에서 등전위면을 측면으로 확장했기 때문입니다.

암반 지대는 조달팀에게 실질적으로 두 가지 유형으로 나뉩니다. 첫 번째는 흙으로 채워진 틈이 있는 균열된 암반으로, 시추는 가능하지만 시추봉이 암반층이 아닌 흙층에만 접촉하게 됩니다. 두 번째는 계획된 전극 깊이 부근에 단단한 암반이나 석회질 토양(칼슘으로 굳어진 토양)이 있는 경우로, 시추 작업이 불가능하거나 경제성이 떨어집니다. 중동과 미국 서부 지역에서는 두 번째 유형의 지대를 많이 볼 수 있습니다. 사우디아라비아, 카타르, 아랍에미리트의 상당 부분은 2~4m 깊이에 석회질 토양층이 존재하며,ISRIC 세계 토양 정보카탈로그는 계절적으로 건조한 지역인 사헬과 아프리카의 뿔 지역 전체에 동일한 프로필을 적용합니다.

암반 지반 관련 조달 측면의 더 심층적인 질문에 대해서는,FAO 토양 분류 데이터 허브조달팀이 지질조사 계약업체가 현장에 투입되기 전에 지역 토양 지도를 확인할 수 있도록 해줍니다. 이는 현장이 석회암 기반인지 풍화된 화강암 기반인지 파악하는 가장 저렴한 방법입니다.FAO 세계 토양 참고 문서이는 입찰 평가표(BES)에 기재되는 토양 분류명에 대한 현장 참조 번호입니다.

3. 라테라이트 토양 - 계절 변화 문제

라테라이트는 표준 접지봉이 시운전을 통과한 후 건기가 되면 접촉 전압 허용 범위를 벗어나 조용히 고장나는 토양 유형입니다. 라테라이트는 철과 알루미늄이 풍부한 잔류 토양으로, 열대 아프리카(나이지리아, 가나, 케냐, 모잠비크), 남아시아(인도 반도 대부분, 스리랑카, 방글라데시 일부 지역), 남미 일부 지역(브라질 북동부, 가이아나)에서 흔히 볼 수 있습니다. 이 토양은 배수가 잘 되고 산화철 함량이 높아 특유의 적갈색을 띕니다.

전기적인 문제는 계절 변화에 있습니다. 서아프리카 라테라이트 토양에 대한 기존 현장 조사 결과에 따르면, 우기에는 저항률이 200~800Ω·cm 범위로 표준 접지봉을 사용하기에 적합한 반면, 건기에는 5,000Ω·cm 이상으로 동일한 접지봉을 사용할 수 없는 범위에 속합니다. 접지봉 자체는 변하지 않지만, 주변 토양은 변합니다. 6개월 주기의 관수를 통해 건기의 저항률을 안정화할 수 있지만, 관수 관리의 문제점이 다시 발생합니다. 적절한 시기에 관수 작업을 하지 않는 담당자 때문에 접지봉은 건기 내내 접촉 전압 허용 오차 범위 내에 머물게 됩니다.

특히 동남아시아의 라테라이트 지반의 경우, 계절적 특성은 약간 다르지만 동일한 논리가 적용됩니다. 인도네시아와 필리핀의 건기는 서아프리카의 건기보다 짧지만 강도가 더 강하기 때문에 저항 변동 폭이 더 좁은 기간에 집중됩니다. 수분 보유 되메우기 및 무관수 주기 방식의 화학적 흙막이봉 운영 모델은 두 경우 모두에서 효과적입니다.

4. 조달 문서에 명시된 내용

위의 세 가지 토양 유형 모두에서 엔지니어링 결정은 동일합니다. 즉, 표준형 박힘봉은 적합한 제품이 아닙니다. 조달 문서에는 적합한 제품이 무엇인지 명시해야 합니다.

조달 측에서 고려해야 할 세 가지 통제 사항이 문제를 해결하는 사양과 문제를 야기하는 사양을 구분하는 데 중요한 역할을 합니다.

1. 형식시험 보고서가 구매 주문서에 첨부되어 있습니다.화학 접지봉은 단순히 구리 튜브만이 아니라 그 안에 들어있는 화학 물질입니다. 공급업체는 기준 수분 함량에서의 저항 감소 계수, 60°C/30일 장기 이온 안정성, 90일 건조 후 수분 보유율, 그리고 환경영향평가(ESIA) 단계의 환경 규정 준수 여부 등 4가지 특성에 대한 시험 보고서를 제출해야 합니다. 2019년 생산분은 염화나트륨 혼합물(염화물이 외피 내부의 구리 피복 코어를 부식시킴) 때문에 폐기되었고, 2022년 생산분은 이온 안정성 시험에서 65%의 수분 보유율로 기준치인 80%에 미달하여 불합격했습니다. 이러한 이유로 자체 배합 라인을 구축하여 검증했습니다. 해당 보고서를 제출하지 못하는 공급업체는 2년 차 말에 "새로운 개선된 화합물을 개발했습니다"라는 이메일을 보내며 나타나는 경우가 많습니다.
2. 커넥터 표준은 IEEE 837로 확정되었습니다.기계식 클램프는 임펄스 전류 테스트에서 불합격합니다.IEC 62561-1또한 대규모 프로젝트에는 사용해서는 안 됩니다. 커넥터 표준은 25년의 설계 수명 동안 자산을 ​​보호하는 사양의 일부입니다.
3. 막대 형상당네마 GR-1.직경 17.2mm ~ 25.4mm, 구리 ​​피복 두께 ≥ 254µm. 피복 두께는 임펄스 전류 부하(ESE 종단, MV 패드)에서 가장 중요한 요소이며, 피복이 얇으면 먼저 파손됩니다.

5. 마무리 - 구매 담당자가 먼저 물어봐야 할 사항

이 기사 서두에 소개된 150MW급 사우디아라비아 발전소는 5년 차 재검사에서 평균 패드 저항이 설계 목표치인 5Ω에 비해 3.1Ω으로 나타났으며, 특히 남서쪽 모서리에서는 석회암층이 수직 굴착을 막으면서 최악의 패드 저항인 4.7Ω을 기록했습니다. 마드리드 소재의 EPC 업체가 2020년 8월 문의 이메일을 보낼 당시에는 이러한 수치들이 조달 근거로 제시되지 않았습니다. 이는 되메움재의 화학적 조성, 연결재 표준, 철근 형상, 토양 목표 재배열 등을 모두 동일한 문서에 명시하고 설치팀에 작업을 맡긴 결과입니다.

중동, 아프리카 또는 동남아시아에서 프로젝트를 진행하는 발주자이고 조달 문서가 열려 있는 경우, 향후 25년 동안 프로젝트가 설계 기간 내에 유지될지 여부를 결정하는 질문은 "어떤 철근을 사야 할까?"가 아니라 "계획된 전극 깊이에서의 토양 저항률은 얼마이며, 위의 세 가지 파손 모드 중 어떤 것이 적용되는가?"입니다. 토양에 대한 답을 먼저 얻으십시오. 그러면 제품에 대한 답이 따라옵니다. 그런 다음 조달 문제는 두 가지 제품군 중 어떤 것을 선택하느냐가 됩니다.화학 접지봉 or 컬럼 흑연 접지 모듈(가장 까다로운 현장에서는 둘 다 가능) — 토양층 및 깊이 제한에 적합합니다. 전체 카테고리 페이지는 다음을 참조하세요./화학 접지 전극/기하학적 옵션이 있으며,2025년 상위 5대 전해 이온 접지봉 제조업체블로그에 공급업체 최종 후보 목록이 있습니다.

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