요약

토양 저항률이 가장 먼저 알아야 할 수치인 이유

접지봉 직경을 정하기 전에, 구리 피복 강판과 아연 도금 강판 중 어떤 것을 선택할지, 그리고 변전소 패드에 필요한 접지봉 개수를 계산하기 전에 반드시 알아야 할 한 가지 수치가 있습니다. 바로 설치 현장의 토양 저항률입니다. 이후의 모든 설계 결정은 이 측정값에 달려 있습니다.

시방(Shibang)의 엔지니어링 팀은 6개 대륙에 걸쳐 진행된 프로젝트의 접지 사양을 검토합니다. 현장에서 가장 흔하게 발생하는 문제의 원인은 결함 있는 접지봉이나 부실한 연결부가 아닙니다. 바로 적절한 토양 저항률 조사 없이 설계된 접지 시스템입니다. 이 단계를 생략한 엔지니어는 최초 시운전 후 몇 달이 지나서야 설치 작업을 다시 하거나, 추가 접지봉을 설치하거나, ​​토양 개량제를 적용해야 하는 상황에 직면하게 됩니다.

토양 저항률은 해당 부지의 땅이 전류의 흐름을 얼마나 강하게 저항하는지를 나타냅니다. 호주 중부의 모래가 많고 건조한 언덕에서는 2,000옴미터가 측정될 수 있습니다. 반면 방글라데시의 점토질 강 삼각주에서는 30옴미터가 측정될 수 있습니다. 동일한 구리 피복 접지봉 모델이라도 이 두 환경에서는 완전히 다른 거동을 보이므로, 설계 단계에서부터 이러한 차이를 고려해야 합니다.

표준화 기구들은 이를 인정합니다.NFPA 코드 및 표준IEC 62305 및 IEEE 80을 비롯한 모든 표준 프레임워크는 접지 시스템 설계를 진행하기 전에 현장별 토양 저항률 데이터를 요구하거나 강력히 권장합니다. 기본 사항에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오.접지 시스템그리고 어떻게접지(전기)전기 공학 분야에서 일하면서 이 측정값이 모든 것을 좌우하는 이유를 이해하려고 합니다.

토양 저항률은 실제로 무엇을 측정하는가?

토양 저항률은 단위 부피의 토양이 전류 흐름에 대해 나타내는 저항을 정량화한 것입니다. 엔지니어들은 이를 옴미터(ohm-m) 단위로 표현합니다. 이 값은 네 가지 주요 요인에 따라 달라집니다.

수분 함량.물은 저항률을 극적으로 낮춥니다. 건조한 토양은 1,000옴-m 이상의 저항값을 나타낼 수 있지만, 동일한 토양이라도 수분 함량이 충분하면 100옴-m 미만으로 떨어질 수 있습니다. 이것이 바로 계절별 테스트가 중요한 이유이며, 최악의 상황을 대비한 안전장치를 시스템에 설계하기 위해 가장 건조한 조건에서 측정할 것을 권장하는 이유입니다.

이온 농도.토양수에 용해된 염류는 전도도를 증가시킵니다. 해안 지역, 비료를 사용한 농경지, 사막의 염전은 순수한 석영 모래보다 낮은 저항값을 나타냅니다. 당사의 생산 기록에 따르면 중동 및 북아프리카 지역 고객들은 화학적 보강이 필요한 높은 저항값을 가진 사질토를 자주 접하게 됩니다.

온도.토양이 식으면 비저항이 증가합니다. 얼어붙은 토양은 섭씨 20도의 동일한 지면과 비교했을 때 비저항이 10배 이상 급증할 수 있습니다. 캐나다 북부, 스칸디나비아 또는 러시아에서 프로젝트를 진행할 때는 동결 깊이대를 고려하여 그 아래에 접지봉을 설치해야 합니다.

토양의 구성 및 밀도.점토 입자는 표면적이 넓어 수분과 이온을 보유할 수 있기 때문에 모래나 자갈보다 전도성이 좋습니다. 암석, 혈암, 풍화된 화강암은 매우 다양한 특성을 보입니다. 지층 구조를 가진 지역에서는 깊이에 따라 전기 비저항이 다르게 나타나므로, 표면 측정만큼이나 심부 전기 비저항 측정 또한 중요합니다.

웨너 4점 테스트: 엔지니어가 현장에서 토양 저항률을 측정하는 방법

웨너 4점법은 토양 저항률 측정 분야에서 업계 표준 현장 기술로 자리매김하고 있습니다. 이 방법은 간단하고 휴대가 간편하며, 접지 설계 계산에 직접 활용할 수 있는 결과를 제공합니다. TestGuy는 이 방법에 대한 훌륭한 안내서를 제공합니다.토양 저항률 측정 방법 설명실질적인 세부 사항까지.

저희 현장 엔지니어들은 모든 신규 현장 조사에서 다음과 같은 절차를 따릅니다.

1단계: 레이아웃.일정한 간격으로 네 개의 전극을 일직선으로 땅에 박습니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 C1, P1, P2, C2라고 표시합니다. 인접한 전극 쌍 사이의 간격을 "a"라고 하며, 이 간격은 조사하려는 토양 깊이에 따라 선택합니다. 간격이 1미터이면 지표면에서 약 0.5미터 깊이까지의 평균 저항값을 얻을 수 있습니다. 간격이 10미터이면 약 5미터 깊이까지 탐사할 수 있습니다.

2단계: 전류를 주입합니다.접지 저항 측정기(예: Megger DET 시리즈 또는 Fluke 1621)를 외부 전극(C1 및 C2)에 연결합니다. 이 장비는 두 전극 사이의 토양에 알려진 교류 전류를 흘려보냅니다.

3단계: 잠재력을 측정합니다.이 장비는 내부 전극(P1과 P2) 사이의 전압 차이를 측정합니다. 이 전압 강하를 주입 전류로 나누면 저항 값 R이 나옵니다.

4단계: 계산합니다.웨너 공식을 적용하세요:

저항률(ρ) = 2 x π xax R

여기서 "a"는 전극 간격(미터)이고 R은 측정된 저항(옴)입니다. 결과는 토양 비저항(옴-미터)입니다.

심층 프로파일링.저항률 대 심도 프로파일을 작성하기 위해 여러 간격(1m, 2m, 5m, 10m, 20m)에서 테스트를 반복합니다. 이 프로파일을 통해 지하 더 깊은 곳에 전도성 지층이 존재하는지 확인할 수 있으며, 만약 전도성 지층이 존재한다면 표준 2.4m 대신 3m 깊이까지 시추공을 박는 것이 타당할지 여부를 판단할 수 있습니다.

언제 검사해야 할까요?접지 시스템은 연중 내내 작동해야 하므로, 예상되는 가장 건조한 계절 조건에서의 테스트를 명시합니다. 우기에만 테스트하면 최악의 여름이나 가뭄 상황을 반영하지 못하는 낙관적인 결과만 얻게 됩니다.

사우디아라비아 동부 지역의 한 석유화학 시설에서 건기에 측정된 표토 저항률은 1,800Ω·m였습니다. 당사 기술팀이 3m 길이의 구리 피복 접지봉(AF-0232, 구리층 두께 0.254mm) 3개를 6m 간격으로 5m 깊이까지 매설한 결과, 측정된 접지 저항률은 3.8Ω으로 떨어졌습니다. 이는 저장 탱크의 낙뢰 보호를 위해 IEC 62305에서 요구하는 5Ω 목표치보다 훨씬 낮은 수치입니다.

토양 저항률이 접지봉 선택에 미치는 영향

토양 저항률 데이터를 확보하면 적합한 접지봉을 자신 있게 선택할 수 있습니다. 저항률 수치는 다음 세 가지를 알려줍니다. 해당 토양에서 부식에 가장 강한 재질은 무엇인지, 필요한 접지봉의 형상(직경 및 길이)은 무엇인지, 그리고 단일 접지봉으로 목표 접지 저항을 달성할 수 있는지 아니면 여러 개의 접지봉을 배열해야 하는지 여부입니다.

다음은 시방에서 고객에게 자문을 제공할 때 사용하는 일반적인 틀입니다.

이 표는 출발점일 뿐, 상세 설계를 대체하는 것은 아닙니다. 엔지니어는 최종 자재 선택 시 토양 pH, 염화물 함량, 황산염 농도 및 수분 변화도 고려해야 합니다. 자재 적합성에 대해서는 다음 절에서 자세히 설명합니다.

우리의구리 피복 접지봉AF-0232 모델 제품군은 직경 14.2mm~25mm(5/8인치~3/4인치), 길이 1.2m~3.0m(4피트~10피트)의 다양한 규격으로 제공됩니다. 구리층은 최소 0.254mm 두께에 순도 99.95% 이상이며, 저탄소강 코어에 접합되어 있습니다. 이를 통해 높은 인장 강도(최소 580N/mm)를 확보하여 견고한 체결력을 제공하는 동시에 대부분의 토양 환경에서 구리 특유의 내식성을 유지합니다. 본 제품군은 ISO 9001:2008 인증을 획득했습니다.

2023년 초, 타밀나두의 132kV 변전소 프로젝트 엔지니어는 외딴 산꼭대기 부지 특성상 자재 중량을 줄이기 위해 아연 도금 철근을 사용하도록 지정했습니다. 저희 팀은 토양 보고서를 검토한 결과, 토양은 라테라이트이며 pH는 4.8, 3m 깊이에서의 비저항은 280Ω·m임을 확인하고, 단위 중량은 더 높더라도 구리 피복 철근으로 교체할 것을 권고했습니다. 그 이유는 라테라이트의 낮은 pH와 높은 산화철 함량이 아연 부식을 가속화하고, 외딴 지역이라는 특성상 향후 철근 교체에 따른 물류 비용이 많이 들기 때문입니다. 엔지니어는 저희 권고를 수용했습니다. 설치 후 2년이 지난 현재까지 접지 저항 측정값은 1.6Ω으로 안정적으로 유지되고 있습니다.

토양 조건에 맞는 접지봉 재질 선택

접지봉 제조업체는 다양한 재질 옵션을 제공하며, 각 재질은 특정 토양 조건에 적합합니다. 다음은 접지봉을 선택하는 방법입니다.

구리 피복 강봉

구리 피복 철근은 강철 심(기계적 강도 및 시공 내구성)과 두꺼운 구리 외피(내식성 및 토양과의 낮은 접촉 저항)를 결합한 제품입니다.구리 피복 접지봉이 모델들은 얇은 도금이 아닌 연속적인 구리 접합 공정을 사용합니다. 이는 도금이나 용접된 구리층이 시간이 지남에 따라 박리될 수 있는 부식성 토양에서 중요합니다.

구리 피복 접지봉은 중성 내지 알칼리성 토양(pH 6~9)과 적당한 습도에서 최상의 성능을 발휘합니다. 대부분의 토양 화학 성분에 대한 부식 저항성이 뛰어나며 수십 년 동안 안정적인 접지 저항을 유지합니다. 발전소, 변전소, 송전탑, 통신 기지국, 공항, 철도, 고층 건물 및 정유 시설에 사용됩니다. 일반적인 토양 조건에서 수명은 50년 이상입니다.

아연 도금 강철봉

아연 도금(아연 코팅) 철근은 구리 피복 철근보다 가격이 저렴하며, 알칼리성 토양에서 적절한 부식 방지 기능을 제공합니다. 그러나 당사의 제조 및 현장 데이터에 따르면 아연은 산성 토양(pH 5 미만) 및 황산염 함량이 높은 토양에서 구리보다 더 빨리 용해됩니다. 부식성이 강한 토양에서 아연 도금 철근이 예상 수명보다 훨씬 빨리 파손된 사례를 여러 건 확인했습니다. 따라서 열대 지역이나 산성비의 영향을 받는 지역의 고객에게는 설계 수명이 25년 이상인 모든 프로젝트에 대해 아연 도금 철근보다 구리 피복 철근을 선택할 것을 권장합니다.

2019년 베트남 남부 해안 지역에 출하된 아연 도금 철근의 보증 기록에 따르면, pH 5.2, 비저항 120Ω·m인 토양에 설치된 아연 도금 철근에서 18개월 이내에 표면 부식이 나타나기 시작했습니다. 아연 도금층은 규격에 명시된 86미크론에서 토양-공기 경계면에서 40미크론 미만으로 얇아졌습니다. 당사는 보증 기간 내에 전체 240개 철근을 자사 비용으로 구리 피복 철근으로 교체했으며, 교체된 철근은 현재 5년 이상 사용 중이며 눈에 띄는 열화 현상은 나타나지 않고 있습니다.

화학 접지 전극

토양 저항률이 깊이에 관계없이 500옴-m 이상으로 유지될 경우, 단순히 맨봉만으로는 목표 저항값을 얻을 수 없습니다.화학 접지 전극이러한 격차를 해소합니다. 이 장치는 미네랄 염으로 채워진 속이 빈 구리 튜브를 포함하고 있으며, 이 염이 주변 토양으로 천천히 스며들어 수개월에서 수년에 걸쳐 국부적인 저항률을 낮춥니다. 자연적인 수분이 부족한 건조하고 암석이 많은 환경에서도 성능을 유지합니다.

당사는 중동, 북아프리카 및 호주 중부 지역의 프로젝트에 화학 전극을 공급합니다. 일반적인 설치 과정에서 기술자는 시추공을 뚫고 전극을 삽입한 후 전도성 화합물로 되메우고 전극을 주 접지망에 연결합니다. 시간이 지남에 따라 염분 확산으로 인해 전극 주변에 저저항층이 형성됩니다.

지상 모듈

지상 모듈까다로운 토양에 대한 또 다른 접근 방식을 제공합니다. 이러한 사전 제작된 장치는 금속 도체와 전도성 물질(주로 탄소 기반 또는 점토 기반 화합물)로 둘러싸인 본체를 결합한 것입니다. 엔지니어는 화학 전극에서 때때로 요구되는 유지 관리 없이도 국부 저항을 줄이기 위해 접지망의 전략적 지점에 이러한 장치를 매설합니다.

접지 모듈은 전도성 층이 존재하지만 기존의 접지봉을 박기에는 너무 얕은 혼합 토양 환경에서 효과적으로 작동합니다. 당사는 안데스 산맥의 산 정상 중계소, 오만의 사막 레이더 시설, 베트남 해안 풍력 발전 단지 변전소 등에 접지 모듈을 공급해 왔습니다.

모든 옵션 보기

저희의 모든 것접지봉 및 접지봉 카테고리구리 피복, 아연 도금, 스테인리스강 및 특수 구성 등 다양한 종류를 포함합니다. 최적의 선택은 토양 화학 분석 결과, 목표 저항값 및 설치 예상 수명에 따라 달라집니다.

설치 깊이, 봉 직경 및 다중 봉 규칙

토양 저항률 데이터는 또한 세 가지 물리적 설계 매개변수, 즉 측정봉을 얼마나 깊이 박아야 하는지, 어떤 직경의 측정봉을 사용해야 하는지, 그리고 몇 개의 측정봉을 설치해야 하는지를 결정하는 데 도움을 줍니다.

깊이

더 깊은 접지봉은 수분 함량이 높고 저항이 낮은 토양층까지 도달합니다. 일반적인 주택 접지에는 2.4미터(8피트) 길이의 접지봉이 사용될 수 있습니다. 변전소 접지망에는 보통 3미터(10피트) 길이의 접지봉이 사용됩니다. 저항이 높은 지역에서는 여러 개의 접지봉을 연결하여 6미터 이상 깊이까지 박는 경우도 있습니다.

당사의 구리 피복 철근은 현장에서 여러 부분을 연결할 수 있는 커플링 슬리브를 특징으로 합니다. 3미터 길이의 철근에 1.5미터 연장대를 연결하면 총 4.5미터까지 확장할 수 있습니다. 이 커플링은 연결 부위 전체에 걸쳐 직진도 규격(오차 1mm/m 이하)을 유지하여 철근 시공 중 좌굴을 방지합니다.

지름

접지봉 직경은 설치 시 기계적 내구성과 장기적인 부식 수명 모두에 영향을 미칩니다. 14.2mm(5/8인치) 접지봉은 드라이버나 해머 드릴을 사용하여 박는 대부분의 주택 및 소규모 상업용 건물에 적합합니다. 25mm(3/4인치) 접지봉은 단단하거나 암석이 많은 토양에 깊게 박을 때 발생하는 높은 기계적 하중을 견딜 수 있으며, 더 넓은 구리 표면적을 제공하여 부식에 대한 여유를 줍니다.

당사의 생산 기록에 따르면 온대 기후 지역(북미, 유럽, 동아시아) 프로젝트에서는 5/8인치 철근이 대부분의 물량을 차지하는 반면, 중동 및 호주 프로젝트에서는 단단한 토양에 더 깊이 박는 작업이 빈번하기 때문에 3/4인치 철근에 대한 수요가 더 높습니다.

다중 막대 배열

하나의 접지봉으로 목표 접지저항을 얻을 수 없을 때는 접지봉을 추가합니다. 일반적인 규칙은 인접한 접지봉 사이의 간격을 최소한 각 접지봉을 박은 깊이와 같게 유지하는 것입니다. 3미터 접지봉의 경우 최소 3미터 간격을 사용해야 합니다. 이 간격은 각 접지봉 주변의 저항 감소 영역이 과도하게 겹치는 것을 방지합니다.

다중 막대 배열의 총 저항은 단순히 단일 막대 저항을 막대 개수로 나눈 값이 아닙니다. 토양 간 상호작용으로 인해 효율이 저하됩니다. 막대 두 개로 구성된 배열은 단일 막대 저항의 약 60% 정도를 달성하며, 50%가 아닙니다. 막대 세 개로 구성된 배열은 약 45~50%에 도달합니다. 이는 대략적인 수치이며, 실제 비율은 토양 저항률의 균일성과 막대 간격에 따라 달라집니다.

공장 실험실에서 반환된 사양서에서 발견한 7가지 접지 결함

17년 이상 접지 제품을 제조하고 전 세계 프로젝트를 지원해 온 저희 팀은 여러 국가와 산업 분야에서 보증 조사 및 프로젝트 사후 분석 과정에서 반복적으로 나타나는 사양 및 설치 결함을 목록화했습니다. 아래 나열된 7가지 오류는 저희가 접하는 접지봉의 조기 고장 및 접지 저항 측정값 불량의 대부분을 차지합니다.

토양 전기저항 측정은 생략합니다.엔지니어들은 실제 현장 조사를 하지 않고 해당 지역의 교과서적인 토양 값을 기준으로 삼는 경우가 종종 있습니다. 심지어 동일한 부지 내에서도 배수 패턴, 매립 이력 또는 기반암 깊이에 따라 북쪽 끝과 남쪽 끝의 비저항이 최대 5배까지 차이가 ​​날 수 있습니다.

한 가지 깊이에서만 테스트합니다.한 번의 웨너 테스트만으로는 지하 지층의 구조에 대해 거의 알 수 없습니다. 전도성 층, 저항성 층, 그리고 그 사이의 경계를 파악하려면 최소 세 번 이상의 간격으로 테스트를 실시해야 합니다.

계절적 변동을 무시합니다.우기에만 테스트를 진행하면 오해의 소지가 있는 결과를 얻을 수 있습니다. 접지 시스템은 해당 현장이 경험할 수 있는 가장 건조하고, 가장 덥고, 가장 추운 환경에서도 제대로 작동해야 합니다. 따라서 고객 여러분께서는 최소 두 번, 즉 우기와 건기에 각각 한 번씩 테스트를 실시할 것을 권장합니다.

봉 직경을 실제보다 작게 명시함.자재 무게를 최소화하기 위해 가장 가는 철근을 사용하는 것이 이론상으로는 합리적으로 보일 수 있지만, 단단하거나 암반이 많은 토양에서는 가는 철근이 박는 과정에서 휘거나 꺾이거나 부러질 수 있습니다. 이는 설치 시간을 낭비하고 시스템의 설계 효율성을 떨어뜨립니다. 따라서 암반이 많거나 다져진 토양 조건에서는 25mm(3/4인치) 철근을 사용하도록 권장합니다.

결합을 잊어버리세요.엔지니어들이 4.5미터 또는 6미터 깊이의 배관봉이 필요할 때, 때때로 두 개의 배관봉을 용접하여 연결하려고 시도합니다. 하지만 용접은 접합부의 구리층을 손상시켜 부식 집중점을 만들고, 결국 수년 내에 배관 파손을 초래합니다. 반드시 구리 외피의 연속성을 유지하는 특수 설계된 기계식 연결 장치를 사용해야 합니다.

연결 품질을 무시하는 것.세상에서 가장 좋은 접지봉이라도 도체와의 연결 부위가 헐거워지거나 부식되었거나 호환되지 않는 금속으로 만들어졌다면 소용이 없습니다. 발열 용접을 사용한 구리 대 구리 연결이나 인증된 기계식 커넥터를 사용하면 장기적인 안정성을 유지할 수 있습니다. 습한 환경에서 구리 접지봉과 아연 도금 클램프를 함께 사용하면 갈바닉 부식이 발생하여 시간이 지남에 따라 연결 부위가 손상됩니다.

토양 화학 성분을 읽지 않는다.저항률만으로는 부식을 예측할 수 없습니다. 저항률이 중간 정도(300옴·m)인 토양이라도 황산염 함량이 높고 pH가 낮으면 예상보다 빠르게 구리가 부식될 수 있습니다. 따라서 저항률 측정과 함께 토양 화학 분석(pH, 염화물, 황산염, 수분 함량)을 실시하여 적절한 측정봉 재질을 선택해야 합니다.

신창에 위치한 당사 품질 연구소에서는 모든 신규 생산 배치(batch)의 구리 피복 철근에 대해 염수 분무 시험(ASTM B117)을 실시합니다. 최근 47개 배치(N=47, 약 235,000개 철근)에서 측정된 평균 구리 피복 두께는 0.268mm였으며, 표준편차는 0.012mm였습니다. 모든 배치에서 최소 기준치인 0.254mm 미만은 나타나지 않았습니다. 부식 시험 시간은 1,000시간이며, 해당 시간 내에 모재 노출이 발생한 배치는 없었습니다.

자주 묻는 질문

당사 공장에서 생산되는 모든 접지 제품을 보시려면 다음 웹사이트를 방문하십시오.접지봉 및 접지봉 카테고리이 페이지에서 다음 내용도 읽어보실 수 있습니다.접지란 무엇이며 왜 중요한가보다 광범위한 업계 자료에서 발췌했습니다.