2023년 초, 나이지리아 아부자에 있는 한 전기 시공업체로부터 연락을 받았습니다. 그는 새로운 통신탑 건설 현장의 적토에 2.4m 길이의 일체형 구리 피복 접지봉 4개를 박았는데, 모두 저항값이 25옴을 훨씬 넘었습니다. 이는 시공 사양에서 요구하는 5옴이라는 목표치를 크게 초과하는 수치였습니다. 그는 3m가 넘는 접지봉을 박을 수 있는 장비가 없었고, 가장 가까운 장축 접지봉 공급업체는 700km 떨어진 라고스에 있었습니다. 저희는 그에게 분할형 접지봉 키트와 황동 커플러를 보내드렸습니다. 2주 후, 그의 팀은 일반 로터리 해머를 사용하여 같은 접지봉을 6m 깊이까지 박았고, 측정된 저항값은 4.2옴이었습니다. 이 프로젝트를 통해 저희는 일체형 접지봉과 분할형 접지봉 중 어떤 것을 선택할지에 대한 생각을 바꾸게 되었습니다. 접지봉 선택은 단순히 선호도의 문제가 아니라, 토양 조건, 장비, 그리고 현장 접근성 등 여러 요인이 복합적으로 작용하여 결정되는 문제입니다.

섹션형 소파 vs. 일체형 소파: 선택은 선호도의 문제가 아닙니다

일체형 철근의 장점은 간단하면서도 타당합니다. 이음매가 없으면 약점이 없기 때문입니다. 습한 점토에 바로 박은 2.4m 길이의 구리 피복 철근 하나는 건물보다 오래 지속되며, 같은 길이의 조립식 철근보다 가격도 저렴합니다. 저희는 여전히 조립식 키트보다 일체형 철근을 더 많이 판매하고 있는데, 그럴 만한 이유가 있습니다. 저항률이 낮은 토양에 얕게 매설할 경우 일체형 철근이 최적의 선택이기 때문입니다.

하지만 17년간 접지 제품을 제조하면서 일관된 패턴을 발견했습니다. 높은 저항 문제로 저희에게 다시 들어오는 프로젝트는 거의 항상 건조하고 암석이 많거나 모래가 많은 토양에 시공된 일체형 접지봉 설치였습니다. 시공업체가 접지봉을 끝까지 박은 후 더 깊이 박을 방법이 없어서 멈춘 경우였습니다.분할형 접지봉이러한 제약을 없애줍니다. 각 세그먼트는 길이가 1.2m이며, 다음과 같이 연결됩니다.나사식 커플러그리고 저항계가 목표치 아래로 떨어질 때까지 계속해서 연결봉을 추가합니다. 사우디아라비아의 고객들은 사막 모래에서 9m 길이의 연결봉을 조립했고, 콩고민주공화국의 고객들은 열대 라테라이트 지대에서 12m 길이의 연결봉을 설치했습니다.

그만큼IEEE 표준 80변전소 접지에 관한 규정은 특정 설계 방식을 강요하지 않습니다. 규정의 핵심은 최종 결과, 즉 고장 전류 발생 시 안전을 확보할 수 있을 만큼 충분히 낮은 접지 저항을 달성하는 것입니다. 이러한 저항을 달성하는 방법은 현장 상황에 따른 엔지니어링 결정이지, 철학적인 문제가 아닙니다.

핵심 질문은 "어느 쪽이 더 나은가"가 아니라 "일체형 철근이 충분히 길지 않을 때는 어떻게 해야 하는가?"입니다. 아부자에서는 라고스에서 더 긴 철근을 구하는 데 2주를 허비해야 했습니다. 리야드에서는 저희에게 조립식 키트를 주문하고 당일 바로 배송받을 수 있었습니다. 조립식 디자인은 유연성을 제공하며, 저희 경험상 이러한 유연성이 저항 목표를 달성하는 프로젝트와 그렇지 못한 프로젝트를 가르는 결정적인 요소입니다.

나사산 꼬임 현상이 빈번해진 후 커플러를 재설계한 이유

2021년, 저희 지원팀은 커플러 관련 불만이 급증하는 것을 확인했습니다. 단 1년 만에 14개국에서 47건의 나사산 불량 사고가 접수되었습니다. 사고 패턴은 일관적이었습니다. 설치자가 진흙탕에서 작업하면서 커플러 나사산을 약간 비스듬하게 조이기 시작했고, 그 결과 황동 나사산이 강철 봉 나사산보다 먼저 변형되었습니다. 황동은 설계상 강철 봉보다 무른 재질입니다(커플러가 먼저 마모되어 봉을 재사용할 수 있도록 하기 위함). 하지만 이러한 설계상의 선택이 예상치 못한 고장 원인을 초래했습니다.

문제의 근본 원인은 나사산 진입 형상에 있었습니다. 로드와 커플러 모두에 사용된 표준 V자형 나사산은 진입 모서리가 날카로워 나사산이 비스듬하게 시작되는 경우가 많았고, 특히 나사산에 흙이 묻었을 때 더욱 그러했습니다. 이에 대한 해결책으로, 로드와 커플러의 처음 두 나사산을 모따기 처리하여 진입 각도를 넓혔습니다. 이렇게 하면 약간의 비정렬 상태에서 시작하더라도 연결부가 자동으로 중심을 잡게 됩니다. 또한, 나사산이 제대로 정렬되었는지 설치자가 쉽게 확인할 수 있도록 커플러 본체에 레이저로 새겨진 정렬 표시를 추가했습니다.

결과는 매우 고무적이었습니다. 2022년에는 나사산 불량 관련 불만 건수가 19건으로 줄었고, 2023년에는 11건, 2024년 상반기에는 3건으로 감소했습니다. 이는 누적적으로 약 70% 감소한 수치이며, 단위당 추가 비용은 전혀 발생하지 않았습니다. 모서리 가공은 재료 변경이 아닌 공구 변경에 불과하기 때문입니다. 17년간의 제조 피드백을 통해 얻을 수 있는 이러한 점진적인 개선의 결과입니다.

커플러 재질 자체는 주조가 아닌 황동 봉재를 가공하여 제작되었습니다. 황동을 강철 대신 선택한 데에는 세 가지 이유가 있습니다. 첫째, 황동은 일반 강철처럼 토양에서 부식되지 않습니다. 실제로 사우디아라비아에서 15년 전에 설치된 커플러를 발굴해 본 결과 거의 새것처럼 보였습니다. 둘째, 황동과 구리 피복 강철 사이의 갈바닉 전위차가 매우 작아(50mV 미만) 나사산 접합면에서의 전기화학적 부식이 거의 발생하지 않습니다. 셋째, 황동은 강철보다 정밀한 나사산 가공이 가능합니다. 이는 진흙탕 도랑에서 수작업으로 나사산을 조일 때 접합부가 매끄럽게 결합되어야 하는 경우에 매우 중요합니다.

당사 황동 커플러의 인장 강도(≥580 N/mm²)는 로드 세그먼트의 강철 코어 항복 강도를 초과합니다. 당사는 모든 생산 배치에서 이를 검증합니다. 유압 인장 시험기를 사용하여 샘플 어셈블리 3개를 파괴될 때까지 인장 시험을 실시합니다. 로드는 항상 커플러 면에서 약 25mm 떨어진 지점에서 파손되며, 커플러 자체에서는 절대 파손되지 않습니다. 이는 의도적인 설계입니다. 로드가 커플러보다 먼저 파손되도록 설계한 이유는 파손된 로드는 제거하고 교체할 수 있지만, 커플러가 파손되면 세그먼트가 지하에 갇힐 수 있기 때문입니다.

동피복강판: 우리가 테스트하는 사양과 우리가 잡아내는 고장 사례

모든 제조업체는 구리 두께, 순도, 인장 강도, 직진도와 같은 동일한 사양을 제시합니다. 차이점은 이러한 사양을 실제로 테스트하는지 아니면 당연하게 여기는지에 있습니다. 저희 신창 공장에서는 모든 생산 로트를 테스트하고, 기준에 미달하는 제품은 모두 폐기합니다. 어떤 항목을 어떻게 테스트하는지, 그리고 어떤 문제점을 발견했는지 알려드리겠습니다.

구리층 두께: ≥0.254mm. 이것은UL 467최소 두께는 0.28mm입니다. 당사는 보정된 초음파 두께 측정기를 사용하여 막대당 세 지점(끝, 중간, 밑부분)에서 두께를 측정합니다. 생산 평균 두께는 0.28mm이며, 범위는 0.254mm에서 0.32mm입니다. 2022년에는 신규 공급업체로부터 입고된 구리 음극 제품 전체를 첫 번째 로트 테스트에서 평균 두께가 0.22mm로 측정되어 폐기했습니다. 공급업체는 음극이 규격에 부합한다고 주장했지만, 당사의 초음파 측정 결과는 그렇지 않았습니다. 결국 공급업체를 변경했습니다.

구리 순도: 99.95% 이상. 당사는 입고되는 모든 구리 음극 배치에 대해 스파크 OES(광학 방출 분광법) 분석을 통해 이를 검증합니다. 0.05% 이상의 불순물, 특히 황과 인은 산성 토양에서 부식을 가속화합니다. 2023년에는 한 배치에서 이러한 불순물이 검출되었습니다.구리로 코팅된 강철 막대당사 생산 라인에서 테스트한 결과 순도 99.91%를 기록했습니다. 문제의 원인은 도금 탱크의 오염된 구리 양극으로 밝혀졌습니다. 현장에서 조기에 부식될 수 있는 제품을 출하하는 대신 해당 제품 전체(약 2,000개)를 폐기했습니다.

접합 강도: 180도 굽힘 시험. 막대를 100mm 반경으로 180도 구부렸을 때 구리층이 균열되거나 박리되지 않아야 합니다. 이 시험은 주행 중 발생하는 충격력을 모사한 것입니다. 모든 생산 로트에 대해 이 시험을 실시합니다. 구리층이 박리되면 도금 전류 밀도가 너무 낮아 접합이 야금학적 접합이 아닌 기계적 접합임을 의미합니다. 지난 3년 동안 이 시험에서 두 번 불합격했는데, 두 번 모두 부식된 버스바로 인해 도금 라인의 전압 강하가 발생한 것이 원인이었습니다.

직진도: ≤1 mm/m. 당사는 모든 철근을 도금 후 유압 프레스로 교정하고, 평평한 화강암 표면에서 롤링 검사를 실시합니다. 1 mm/m 이상의 편차가 있는 철근은 불량품으로 판정합니다. 이 규격은 많은 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 중요합니다. 3 mm/m의 휨이 있는 철근은 직진으로 박을 수 없으며, 수직에서 벗어난 철근은 파일럿 홀 없이는 목표 깊이에 도달할 수 없습니다. 당사는 다른 제조업체에서 수입한 철근 중 4~5 mm/m의 휨이 있는 제품을 본 적이 있는데, 이는 심공 작업에 사실상 사용할 수 없는 수준입니다.

심층 접지봉 설치: 현장 실수에서 얻은 교훈

설치 과정분할형 접지봉복잡하지는 않지만, 각 단계에는 실패 가능성이 존재하며, 우리는 고객 전화, 보증 청구, 현장 방문 등을 통해 이러한 실패 사례들을 어렵게 배웠습니다.

파일럿 홀: 대부분의 시공업자가 생략하는 단계입니다. 단단하게 다져진 토양이나 암반이 많은 토양에서는 항상 로드 직경보다 약간 작은 지면 오거를 사용하여 파일럿 홀을 뚫는 것으로 시작해야 합니다. 2022년 사우디아라비아 담맘의 한 시공업자는 파일럿 홀 없이 사막 모래에 로드 세 개를 박았습니다. 로드 끝부분이 1.8m 지점에서 묻힌 암반에 부딪혀 수직에서 15도 휘어졌습니다. 그는 휘어진 로드를 잭을 이용해 45분 만에 빼낸 후 다시 파일럿 홀을 뚫고 작업을 시작해야 했습니다. 파일럿 홀을 뚫는 데는 5분밖에 걸리지 않았고, 이후 발생한 모든 휘어짐 문제를 예방할 수 있었습니다.

커플러 토크: 너무 약하게 조이거나 너무 세게 조이면 모두 실패합니다. 5/8인치 로드에는 50~80Nm, 3/4인치 로드에는 60~100Nm의 토크를 권장합니다. 2023년 탄자니아 다르에스살람에서 진행된 한 프로젝트에서 시공자들이 렌치 없이 손으로 커플러를 조였습니다. 시공 중 두 개의 커플러가 풀리면서 세그먼트가 지하에서 분리되었습니다. 위쪽 세그먼트는 계속 시공되었지만 아래쪽 세그먼트는 2m 깊이에 그대로 남아 있었습니다. 결국 두 세그먼트 모두 포기하고 30cm 떨어진 곳에 새 구멍을 뚫어야 했습니다. 그 이후로 모든 섹션 키트 상자에 토크 사양표를 포함하고 있습니다.

나사산 청소: 20초 만에 20분간의 짜증을 예방하세요. 커플러를 끼우기 전에 로드 나사산에 묻은 흙을 솔로 털어내십시오. 진흙탕 환경(특히 열대 지역 설치 시 흔히 발생)에서는 나사산에 흙이 끼어 마모를 일으켜 커플러가 중간에 뻑뻑해질 수 있습니다. 동남아시아에서 설치 기사가 흙이 낀 커플러를 억지로 끼우다가 황동 나사산이 마모된 사례가 세 건이나 보증 청구되었습니다. 뻣뻣한 솔(현재 설치 키트에 포함됨)을 사용하면 이 문제를 20초 만에 해결할 수 있습니다.

저항 테스트: 추가 작업을 진행하기 전에 테스트를 실시하십시오. 각 구간을 설치한 후에는 전위 강하 시험기를 사용하여 접지 저항을 측정하십시오.NFPA 70(국가 전기 규격)요구 사항을 충족해야 합니다. 목표 저항값보다 이미 낮다면 주행을 중단하십시오. 나이지리아의 일부 건설업자들이 4m면 충분했을 구간을 7m까지 주행하여 세 개의 구간과 설치 인건비를 낭비하는 것을 목격했습니다. 시험, 결정, 주행으로 이어지는 단계적 접근 방식이야말로 분할식 설계의 주요 경제적 이점입니다.

17년간의 접지 제품 제조에서 나타난 4가지 실패 유형

60개국 이상에 접지 제품을 공급해 온 경험을 바탕으로, 현장에서 어떤 문제가 발생하는지, 그리고 그 원인이 무엇인지 명확하게 파악하고 있습니다. 다음은 2018년부터 2024년까지 접수된 고객 지원 티켓 데이터를 기준으로 빈도 순으로 정리한 가장 흔한 네 가지 고장 유형입니다.

첫 번째 문제점: 스레드 간 충돌(전체 지원 티켓의 47%). 위에서 이미 설명했습니다. 모서리가 깎인 입구 재설계를 통해 이 문제가 2021년 47건에서 2024년 상반기 3건으로 감소했습니다.

두 번째 문제점: 주행 중 구리 박리(전체 위반 건수의 23%). 구리층과 강철 심선 사이의 접합이 야금학적 접합이 아닌 기계적 접합일 경우, 주행 중 반복되는 충격으로 인해 구리층이 끝부분에서 벗겨질 수 있습니다. 이로 인해 버섯 모양으로 변형되어 더 이상 주행이 불가능해지고 강철 심선이 부식에 노출됩니다. 당사의 180도 굽힘 테스트는 공장에서 이러한 문제를 감지하지만, 고객이 다른 제조업체에서 구매하여 당사 커플러와 혼합하여 사용하는 경우 이러한 문제가 여전히 발생합니다.

문제점 3: 암반 지반에서의 철근 휨 (전체 문의의 18%). 600N/mm² 이상의 인장 강도를 가진 철근을 사용하더라도, 매설된 암반에 비스듬히 부딪히면 철근이 휘어집니다. 몇 도 이상 휘어지면 철근이 똑바로 박히지 않습니다. 예방책: 암반 지반이 예상되는 곳에서는 항상 파일럿 홀을 사용하십시오. 이 문제는 터키, 이란, 그리고 동아프리카 산악 지역의 프로젝트에서 접수되었습니다.

고장 4: 염분이 많은 토양에서 커플러 접합부의 부식(전체 불량 건수의 12%). 해안이나 염분이 많은 환경에서는 커플러 재질이 전기적으로 호환되지 않을 경우 나사산 접합부가 로드 본체보다 더 빨리 부식될 수 있습니다. 당사의 황동 커플러는 황동과 구리 피복강 사이의 전기적 전위차가 50mV 미만이므로 이러한 위험을 최소화합니다. 극심한 염분 환경(사우디아라비아, 카타르, UAE 해안 지역)의 경우 스테인리스 스틸 커플러 옵션도 제공합니다.

실제 프로젝트에서 얻은 토양 저항률 데이터: 깊이가 모든 것을 바꾸는 이유

깊게 박는 이유는 토양의 저항률 때문입니다. 대부분의 토양 유형에서 저항률은 깊이가 깊어질수록 감소하는데, 이는 깊은 토양일수록 수분 함량이 높고 용해된 광물이 더 많기 때문입니다. 다음은 당사가 분할형 로드 키트를 공급한 세 가지 실제 프로젝트에서 측정한 지반 저항 값입니다.

나이지리아 아부자(라테라이트 토양, 800옴-m): 1.5m 일체형 봉 = 28옴. 3m 분할형 봉 = 14옴. 6m 분할형 봉 = 4.2옴. 시공업체는 5옴의 저항값이 필요했는데, 분할형 봉 시스템을 사용하여 약 5.5m 깊이에서 목표 저항값을 얻었습니다.

사우디아라비아 리야드(사막 모래, 1,200옴-m): 2.4m 일체형 봉 = 45옴. 3m 분할형 = 32옴. 6m 분할형 = 12옴. 9m 분할형 = 6.8옴. 프로젝트 사양에서는 10옴을 요구했으며, 약 7m 깊이에서 해당 값을 달성했습니다.

탄자니아 다르에스살람(점토질 양토, 200옴-m): 1.5m 일체형 봉 측정 시 저항값은 8옴이었습니다. 규격에서는 5옴을 요구했습니다. 1.5m 연장봉 하나(총 3m)를 사용하니 저항값이 4.8옴으로 떨어졌습니다. 이 경우 토양 상태가 양호하여 최소한의 연장만으로 충분했습니다.

그만큼IEEE 표준 142(그린북)이 공식은 측량봉 저항을 추정하는 데 사용됩니다. R = (ρ / 2πL) × (ln(4L/a) – 1), 여기서 ρ는 토양 비저항, L은 측량봉 길이, a는 측량봉 반지름입니다. 이 공식은 현장 데이터에서 나타난 바와 같이 저항이 측량봉 길이에 반비례한다는 것을 확인시켜 줍니다. 측량 깊이를 두 배로 늘리면 토양층에 따라 저항이 일반적으로 40~60% 감소합니다.

실질적인 결론은 간단합니다. 저항이 낮은 토양(300옴-m 미만)에서는 일반적으로 1.5~3m 길이의 일체형 전기탐사봉이면 충분합니다. 저항이 중간 정도인 토양(300~1,000옴-m)에서는 3~6m 길이의 분리형 전기탐사봉이 필요할 수 있습니다.미국 산업안전보건청(OSHA)건설 현장에서는 고용주가 적절한 접지 전극 설치를 포함한 장비 접지 도체 안전 프로그램을 수립해야 합니다. 저항률이 높은 토양(1,000옴-m 이상)에서는 거의 확실히 6m 이상의 접지선이 필요하며, 이를 확보하는 유일한 현실적인 방법은 분할형 접지 시스템입니다.

총 설치 비용: 모듈형 소파가 일체형 소파보다 비용 면에서 유리한 경우

조립식 시스템의 미터당 자재비는 일체형 시스템보다 높습니다. 연결 부품과 추가 포장 비용이 포함되기 때문입니다. 하지만 총 설치 비용에는 인건비, 운송비, 폐기물 처리 비용, 장비 비용이 모두 포함되며, 길이가 길어질수록 조립식 시스템이 유리해집니다.

운송비 절감. 2023년, 우간다 캄팔라의 한 고객은 항구에서 프로젝트 현장까지 3m 길이의 철근을 운송하는 비용(비포장 도로 200km)이 철근 가격의 약 40%에 달한다고 알려왔습니다. 길이 제한 때문에 트럭 한 대에 200개의 철근밖에 실을 수 없었기 때문입니다. 하지만 1.2m 길이의 분할형 철근으로 교체하자, 같은 트럭으로 한 번에 500개의 분할형 철근을 운송할 수 있게 되었습니다. 그 결과, 철근 1미터당 운송비가 절반 이상 절감되었습니다.

폐기물 감소. 암반이 많은 토양에서는 박는 동안 휘어지는 일체형 철근은 폐기물입니다. 중동 지역 고객들은 암반이 많은 사막 토양에서 일체형 철근을 사용할 경우 폐기물 발생률이 8~12%에 달하는 반면, 분할형 철근 시스템을 사용할 경우 2% 미만으로 줄어든다고 보고했습니다(짧은 구간으로 제어가 용이하고 파일럿 홀 시공 단계를 더욱 일관되게 수행할 수 있기 때문입니다). 200개의 철근을 사용하는 프로젝트에서 10%의 폐기물 발생률은 20개의 철근이 낭비되고 이를 제거하는 데 드는 인건비가 추가로 발생한다는 것을 의미합니다.

장비 비용. 2.4m가 넘는 일체형 연결봉은 긴 척이 달린 특수 연결봉 드라이버가 필요합니다. 반면, 분할형 연결봉 시스템은 척 어댑터가 장착된 일반 로터리 해머로 시공할 수 있는데, 이는 대부분의 전기 시공업체가 이미 보유하고 있는 장비입니다. 따라서 장비 임대료 절감액으로 중소 규모 프로젝트에서 연결봉 구매 비용을 상쇄할 수 있습니다.

수심이 얕은 경우(≤1.5m)에는 일체형 철근이 더 저렴하고 시공 속도가 빠릅니다. 1.5m에서 3.0m 사이의 수심에서는 현장 상황에 따라 비교가 달라집니다. 3.0m보다 깊은 경우에는 분할형 철근 설계가 유일한 실용적인 선택이며, 비용 비교는 의미가 없습니다.

결론

분할형 접지봉과 일체형 접지봉 중 어느 것이 더 나은지를 선택하는 것은 추상적인 문제가 아닙니다. 토양 조건, 목표 저항값, 그리고 현장 여건에 맞는 제품을 선택해야 합니다. 일체형 접지봉은 구조가 간단하고 가격이 저렴하며 미터당 강도가 더 높습니다. 반면, 3m 이상 깊이까지 매설해야 하거나, 운반에 제약이 있어 접지봉 길이가 제한적이거나, 토양 조건이 불확실하여 필요에 따라 깊이를 점진적으로 늘려가며 시공해야 하는 경우에는 분할형 접지봉이 유일한 현실적인 해결책입니다.

연결기의 품질은 조립식 시스템이 설계대로 작동하는지 여부를 결정짓는 핵심 요소입니다. 2021년에 47건의 나사산 불량 사고가 발생한 후, 당사는 나사산 입구를 비스듬하게 가공한 연결기를 재설계하여 불량률을 70% 감소시켰습니다. 이는 17년간의 제조 경험과 60개국 이상에서 수집한 현장 피드백을 바탕으로 이루어진 반복적인 개선의 결과입니다.

신창시방신소재유한공사에서는 다음과 같은 제품을 생산합니다.분할형 접지봉 키트, 나사식 커플러, 구리로 코팅된 강철 막대ISO 9001:2008 인증을 받은 다양한 접지 및 낙뢰 보호 액세서리도 제공합니다. 프로젝트 요구 사항에 대해 문의해 주십시오.

자주 묻는 질문