KR20230030136A - 안전 접지저항을 유지하는 접지시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기설비의 안전을 확보하고 감전사고를 예방하기 위하여 반드시 시공되는 접지계통에서 접지봉이 매설되는 토양이 계절과 지질상황의 변화에 따라 건조되었을 때 접지저항이 급격히 상승함으로써 접지기능을 제대로 발휘하지 못하게 되는 것을 방지하기 위한 것으로 수시로 접지저항과 토양의 함수율을 측정하여 토양의 건조에 따른 접지저항이 상승하였을 때 접지봉 주변의 접지저항 저감재 및 토양에 수분을 공급해줌으로써 안전 접지저항을 유지할 수 있도록 하는 접지시스템에 관한 것이다.

Description

안전 접지저항을 유지하는 접지시스템{Earthing system for keeping safe earthing resistance}

본 발명은 접지봉이 매설된 토양의 접지저항이 항상 안전한 상태를 유지할 수 있도록 환경을 조성해주는 시스템에 관한 것으로, 특히 토양의 접지저항값을 결정하는 중요 변수인 토양의 수분 함유율(함수율)을 안전한 값 이상으로 유지시켜 주기 위한 시스템에 관한 것이다.

낙뢰로부터 시설을 보호하고 감전사고를 방지하기 위하여 건축물 및 전력설비에는 접지시공을 하도록 되어 있다. 일반적으로 접지봉을 대지에 세로로 묻어 낙뢰서지 전류나 누설전류가 대지로 방전되게 하는 방법을 이용하고 있기 때문에 접지봉과 대지접촉면 사이의 저항값을 낮게 유지하는 것이 매우 중요하다. 특히, 전기 및 계측설비가 정밀화, 디지털화 되어감에 따라 선로의 서지나 노이즈로 인한 전기설비의 오작동을 방지하기 위해서 낮은 접지저항의 유지가 매우 중요한 사안으로 대두되고 있다.

그러나 접지저항값은 아래의 그림과 같이 토양의 수분 함유율에 따라 크게 변화하기 때문에 건기시 토양이 건조한 상태가 되면 접지기능을 제대로 발휘하지 못하게 되는 경우가 발생한다. 아래 그림에서 사양토의 경우 함수율이 4%보다 낮을 경우 저항값이 급격하게 상승하고 있고, 표토의 경우 12%, 점토의 경우 15% 정도보다 낮을 경우 급격하게 상승하고 있음을 알 수 있다. 토양의 종류에 따라 함수율이 4~15% 이상이 되어야 안전한 접지저항을 유지할 수 있는 것이다.

기존의 접지방법은 도 5에 도시된 바와 같이 하나 이상의 접지봉(2)을 대지(1)에 수직으로 매설하고 접지도선(3)으로 전력설비나 피뢰기 등이 연결된 접지단자함(4)에 연결 시공하여 서지전류가 접지봉을 통해 대지로 빨리 방전되게 한다. 경우에 따라 접지저항을 낮추기 위한 방법으로 수분을 오래 함유할 수 있는 접지저항 저감재(5)를 접지봉(2)과 대지(1) 접촉면 사이에 충진하기도 하는데 그 또한 건기가 지속될 경우 수분이 증발하여 접지저항 저감효과가 약해지는 단점을 극복할 수 없다. 또한, 접지시공 후에는 지하에 매설된 접지설비에 대한 관리가 불가능하며 접지저항 상태도 수동계측기를 이용한 측정 외에는 알 수 있는 방법이 없어 접지저항 증가로 인한 전기사고를 예방하기 어렵다.

즉, 접지시스템이 한 때 안전했더라도 시간이 흐름에 따라 저항값이 달라질 수 있기 때문에 접지저항값의 변화를 계속적으로 모니터링하고 필요한 조치를 취하지 않는다면 전기 사고의 위험을 피하기 어려울 것이다. 그러나, 건물마다 또는 전기설비마다 설치되고 이미 매설이 완료된 접지 시스템의 접지저항값을 별도의 측정장치를 사용하여 수동으로 계속적으로 측정하고 그에 따른 후속조치까지 수행한다는 것은 사실상 어려운 일이다.

본 발명은 접지저항 값과 토양의 습도를 수시로 자동 측정하여 건조한 토양으로 인해 접지저항이 증가할 경우 접지봉 주변 토양의 함수율이 증가되도록 자동으로 수분을 공급하여 접지봉과 대지접촉면 사이의 저항값을 낮춰줌으로써 항상 안전한 접저저항을 유지되도록 하는데 목적이 있다.

이는 접지시공 후에도 지하에 매설되어 있는 접지설비와 토양 함수율 상태를 지속적으로 모니터링하여 접지봉 주변 토양의 건조로 인한 접지저항 증가 시 접지봉 주변 토양의 함수율을 높여 접지저항이 설계기준의 안전한 범위로 유지될 수 있도록 하기 위해 접지봉 주위의 토양과 접지저항 저감재에 자동으로 수분을 공급하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 접지저항 및 토양의 습도를 측정하는 장치와 접지저항이 높아졌을 경우 접지봉 주변 토양과 저감재에 수분을 공급할 수 있는 급수설비를 두어 접지저항 값 변화에 따라 적정 수분이 접지봉 주변에 자동으로 공급되도록 함으로써 항상 접지저항 값이 안전한 범위로 유지될 수 있도록 한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 토양의 함수율이 감소하여 접지저항값이 증가하면 자동으로 급수하여 접지저항값을 일정값 이하로 유지시켜주는 접지시스템에 관한 것으로, 토양에 매설되어 접지를 수행하는 접지봉과, 접지봉의 접지저항값을 측정하는 접지저항측정부와, 급수를 제어하는 급수제어부를 포함하는 접지관리제어반과, 급수제어부의 제어에 따라 급수를 수행하는 급수부를 포함하며, 접지봉의 토양에 매설되지 않은 단부는 접지단자함에 연결되고, 다시 이 접지단자함을 통하여 상기 접지관리제어반에 연결되며, 접지제어관리반은 상기 급수부의 솔레노이드 밸브에 연결되어 급수부의 급수를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 접지관리제어반의 접지저항측정부는 접지봉의 저항을 측정하는 접지저항 측정회로와, 접지봉이 매설된 토양의 함수율을 측정하는 습도 측정회로를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 급수부는 솔레노이드 밸브에서 접지제어관리부와 연결된 후 신속한 직접 급수를 위한 수도관과 저속의 장기 급수를 위한 수도관으로 분기되고, 직접 급수를 위한 수도관은 급수노즐을 통하여 대지로 물을 공급하고, 장기 급수를 위한 수도관은 급수호퍼로 물을 공급하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 급수호퍼는 수도관을 통하여 급수홀이 다수 형성되고 토양에 매설된 급수튜브와 연결되고, 급수튜브의 급수홀을 통하여 접지봉 주변의 토양에 서서히 물을 공급하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 접지관리제어반의 접지저항측정부와 급수제어부는 각각 동작 형태를 자동 또는 수동으로 변환할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 접지봉은 급수관 연결부를 통하여 급수호퍼와 연결되고, 접지봉 몸체 내부에 물이 공급되는 통수관과, 그 측면에 물을 토양으로 배출하기 위한 배수홀이 형성되는 형태로 제공될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 접지시스템은 접지봉과 대지접촉면의 접지저항과 접지봉 주변의 습도를 자동으로 측정하여 토양의 함수율 값이 낮고 접지저항값이 높게 나올 경우 이는 토양의 낮은 함수율이 접지저항을 증가시킨 경우이므로 자동으로 접지봉 주변의 토양과 접지저항 저감재에 수분을 공급하게 함으로써 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 전기시설 운영자가 상시 접지저항 상태를 알 수 있도록 하여 접지상태 불량으로 인한 전기사고를 예방할 수 있다.

둘째, 접지봉 주변 토양의 함수율을 적정상태로 만들어 접지저항을 규정치 이하로 유지할 수 있다.

셋째, 접지봉의 접지저항을 항상 낮게 유지하여 적은 접지봉으로 큰 접지효과를 얻을 수 있게 되므로 접지설계 시 기존 대비 매설 접지봉의 수를 줄일 수 있다.

넷째, 지하수 고갈등 지질환경이 변화하여 토양의 함수율이 낮아지더라도 접지보강을 위한 추가의 공사가 불필요하다.

도 1은 본 발명에 따라 접지봉의 주변 토양에 수분이 공급되도록 하는 접지 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따라 접지봉의 주변 토양에 수분을 공급하는 급수 튜브이다.
도 3은 본 발명에 따른 접지관리 제어함의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따라 급수기능을 포함하는 접지봉이다.
도 5는 일반적인 종래의 접지 시스템 구성을 나타낸다.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 접지 시스템의 구성도를 설명하면, 토양에 매설되어 접지를 수행하는 접지봉(2)과, 접지봉(2)의 접지저항과 주변 토양의 습도를 측정하고 접지봉(2) 주변에 급수를 제어하는 접지관리제어반(6)과, 접지관리제어반(6)의 제어에 따라 토양에 급수를 수행하는 급수부를 포함한다. 접지관리제어반(6)은 접지봉(2)의 접지저항을 측정하기 위한 접지저항 측정회로와 접지봉(2)이 매설된 토양(1)의 함수율을 측정하기 위한 습도 측정회로를 포함한다.

접지봉(2)의 한 쪽은 토양에 매설되어 접지되고, 다른 쪽은 접지도선(3)을 통하여 접지단자함(4)에 연결되어 접지단자함(4)에 연결된 전기설비 또는 피뢰기 등의 접지를 수행한다. 다시 이 접지단자함(4)을 통하여 접지봉(2)은 접지관리제어반(6)에 연결된다. 접지관리제어반(6)의 접지저항 측정회로에는 접지봉과 필요한 거리만큼 떨어진 곳에 하나 이상의 접지저항 측정용 보조탐침(7)을 연결하여 매설한다. 이 실시예에서는 2개의 보조탐침을 연결하였다. 또한 접지관리제어반(6)의 습도 측정회로에는 접지봉 주변의 함수율을 측정하기 위하여 접지봉(2) 주변에 습도센서(8)를 연결하여 매설한다.

접지관리제어반(6)은 급수를 제어하기 위한 급수제어부를 포함하고, 실제 물을 공급하는 급수부와 솔레노이드 밸브(11)로 연결된다. 급수부는 직수 또는 물 저장탱크와 수도관으로 연결되고, 솔레노이드 밸브를 거쳐, 신속한 직접 급수를 위한 수도관(10)과 저속의 장기 급수를 위한 수도관(10)으로 분기된다. 신속한 직접 급수를 위한 수도관은 급수노즐(12)로 연결되어 바로 대지로 다량의 물을 공급할 수 있고, 저속의 장기 급수를 위한 수도관(10)은 대지로 바로 물을 공급하는 것이 아니라 급수호퍼(13)로 물을 공급한다. 그리고 물을 공급받아 접지봉 주변 토양 및 저감재에 쉽게 스며들 수 있도록 하는 급수튜브(9)를 접지봉 가까운 곳에 매설하며 이 급수튜브(9)는 급수노즐(12)로부터 물을 받는 급수호퍼(13)에 수도관(10)으로 연결된다.

급수튜브(9)로 공급할 물은 수도관(10)의 급수노즐(12)로부터 공급되며 급수량은 제어반(6)의 제어에 따라 개폐되는 솔레노이드밸브(11)로 조절한다. 필요에 따라 대지와 저감재에 급수튜브(9)를 통하지 않고 직접 급수노즐(12)로 급수할 수 있다.

급수를 위한 급수튜브(9)와 수도관(10), 급수노즐(12), 급수호퍼(13) 등은 서지전류의 역류에 의한 감전을 방지하기 위하여 부도체로 제작하며 수도관(10)과 급수호퍼(13) 간에도 직접 연결되지 않도록 간격을 유지하도록 한다.

도 2는 접지봉 주변에 수분을 공급하기 위해 매설되는 급수튜브(9)의 상세도로, 몸체에 급수홀(14)이 다수 형성되어 있다. 수도관 노즐(12)에서 급수호퍼(13)에 받아진 물은 수도관으로 연결된 급수튜브(9)의 급수홀(14)을 통해 대지나 저감재로 스며들게 된다. 지하에 매설된 급수튜브(9)를 통해 낙뢰 서지전류가 수도관으로 역류되는 것을 방지하기 위해 급수계통의 시설은 부도체로 제작하며 급수튜브(9)와 급수노즐(12) 사이에는 이격거리를 둔다. 급수호퍼(13)는 수도관(10)을 통해 급수가 불가능할 경우 수동으로 물을 채울 수 있도록 실내의 접지단자함(4) 근처에 설치할 수 있다.

도 3의 접지관리제어반(6)은 접지저항 및 토양습도를 측정하는 기능과 급수를 제어하는 기능을 포함하며, 접지저항 측정부(30)에는 접지저항과 습도를 자동으로 측정하거나 수동으로 측정할 수 있도록 선택하는 스위치(15), 측정주기를 설정할 수 있는 설정노브(16), 수동으로 접지저항과 습도를 측정하는 스위치(17), 측정치를 표시하는 표시창(18)을 포함하고, 급수제어부(40)는 자동/수동 급수 선택 스위치(19), 급수시간 설정노브(20), 수동급수 스위치(21)를 포함한다.

접지저항측정부(30)의 수동스위치(15)를 선택하면 필요에 따라 수동 측정스위치(17)를 눌러 접지저항과 토양의 습도를 측정할 수 있고 측정값은 즉시 표시창에 표시된다. 이때 접지저항의 측정은 접지봉(2)과 보조탐침(7)을 이용하여 전위강하법으로 측정한다. 습도는 접지봉(2) 근처에 매설한 습도센서의 측정값을 표시한다. 이때 접지저항 값이 높고 습도가 낮게 측정되면 관리자가 급수제어반의 수동 급수스위치(21)를 눌러 접지봉(2) 주변의 토양과 저감재(5)에 수분을 공급하여 접지저항 값을 안전범위까지 낮춘다.

자동측정 모드 스위치(15)를 선택하면 측정주기 설정노브(16)로 미리 설정해둔 측정주기 마다 자동으로 접지저항과 습도를 측정한다. 측정된 접지저항 값이 높고 토양의 함수율이 낮으면 자동으로 급수가 되도록 급수신호를 급수제어부(40)로 보낸다. 급수는 급수시간 설정노브(20)로 설정되어진 시간동안 급수노즐을 통해 이루어진다. 급수 후 다시 접지저항과 토양의 습도를 측정하여 적정 값을 만족하지 않으면 급수를 반복한다.

도 4는 급수기능을 포함하는 접지봉의 구조를 나타낸 것으로, 토양에 수분을 공급하는 급수튜브(9)와 접지봉(2)의 기능을 결합한 것이다. 접지봉 몸체(22) 내부에 토양에 공급될 물이 통하는 통수관(24), 통수관(24) 안의 물을 토양으로 배출하는 배수홀(14), 통수관(24)과 급수관을 연결하는 급수관연결부(23)로 구성된다. 기존에 시설된 접지봉의 경우 급수를 위해 별도의 급수튜브(9)를 매설해야 하나 신설 공사의 경우 접지기능과 토양에 수분을 공급하는 기능이 통합된 접지봉을 사용하는 것이 경제적일 수 있다.

1 대지토양 2 접지봉
3 접지도선 4 접지단자함
5 접지저항 저감재 6 접지관리 제어반
7 접지저항측정용 보조탐침 8 습도센서
9 급수튜브 10 수도관
11 솔레노이드 밸브 12 급수노즐
13 급수호퍼 14 급수홀
15 접지저항측정 자동/수동 선택스위치 16 접지저항 측정주기 설정부
17 수동 접지저항/습도 측정스위치 18 접지저항값/습도 표시창
19 급수 자동/수동 선택스위치 20 급수시간 설정부
21 수동 급수스위치 22 접지봉 몸체
23 급수관 연결부 24 접지봉 통수관
30 접지저항측정부 40 급수제어부

Claims (6)

1. 토양의 함수율이 감소하여 접지저항값이 증가하면 자동으로 급수하여 접지저항값을 일정값 이하로 유지시켜주는 접지시스템에 있어서,
   토양에 매설되어 접지를 수행하는 접지봉과,
   상기 접지봉의 접지저항값을 측정하는 접지저항측정부와, 급수를 제어하는 급수제어부를 포함하는 접지관리제어반과,
   상기 급수제어부의 제어에 따라 급수를 수행하는 급수부를 포함하고,
   상기 접지봉의 토양에 매설되지 않은 단부는 접지단자함에 연결되고, 다시 이 접지단자함을 통하여 상기 접지관리제어반에 연결되며,
   상기 접지제어관리반은 상기 급수부의 솔레노이드 밸브에 연결되어 급수부의 급수를 제어하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 접지관리제어반의 접지저항측정부는 접지봉의 저항을 측정하는 접지저항 측정회로와, 접지봉이 매설된 토양의 함수율을 측정하는 습도 측정회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 급수부는 솔레노이드 밸브에서 상기 접지제어관리부와 연결된 후 신속한 직접 급수를 위한 수도관과 저속의 장기 급수를 위한 수도관으로 분기되고, 상기 직접 급수를 위한 수도관은 급수노즐을 통하여 대지로 물을 공급하고, 상기 장기 급수를 위한 수도관은 급수호퍼로 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 급수호퍼는 수도관을 통하여 급수홀이 다수 형성되고 토양에 매설된 급수튜브와 연결되고, 상기 급수튜브의 급수홀을 통하여 접지봉 주변의 토양에 서서히 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 접지관리제어반의 접지저항측정부와 급수제어부는 각각 동작 형태를 자동 또는 수동으로 변환할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 접지봉은 급수관 연결부를 통하여 급수호퍼와 연결되고, 접지봉 몸체 내부에 물이 공급되는 통수관과, 그 측면에 물을 토양으로 배출하기 위한 배수홀이 형성된 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
   

Images