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Disclaimer

저 시 하는 원저 를 시하여야 합니다

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경 지 하는 저 물 개 형 또는 가공할 수 없습니다

工學碩士學位論文

형 구조체 지임피던스의 측정

MeasurementsoftheGroundImpedancesin

Large-sizedStructures

2009年 2月

仁荷大學校 工學大學院

情報電氣工學科

李 京 訓

工學碩士學位論文

형 구조체 지임피던스의 측정

MeasurementsoftheGroundImpedancesin

Large-sizedStructures

2009年 2月

指 敎授 李 福 熙

이 論文을 碩士學位 論文으로 提出함

仁荷大學校 工學大學院

情報電氣工學科

李 京 訓

이 論文을 李京訓의 工學碩士學位論文으로 認定함

2009年 2月 日

主審

副審

委員

-i-

요 약

최근 우리나라의 지시공 방법은 기존의 단독 지 형태의 지시스템에

서 철골이나 철근 같은 구조체를 지망에 본딩하는 공통 지시스템 방식

으로 환되고 있다하지만 형 구조체 건축물의 경우 강하법을 이

용하여 지 항을 측정하기 해 요구되는 이격거리가 수십에서 수백 m

에 이르게 된다실제 도심지에 부분의 규모 구조체는 지그리드 안

에 류 시험 극을 설치하고 있다일부의 시공사들은 보조 극을

구조체 건축물의 지그리드 내부에 설치하여 지 항을 측정하고 있다

지설비의 부 한 설치 측정은 하루빨리 시정되어야 한다 한 이

러한 공통 지시스템에 고주 를 포함하는 서지의 침입시 지임피던스는

상용 원에서 측정된 지 항보다 매우 크게 증가한다고 알려져 있으나

그 측정방법조차 명확하게 제시되지 못한 상태이다

본 연구에서는 형 지 극의 지 항과 임피던스를 측정하기 해 요

구되는 보조 극의 치에 따른 측정값의 변화를 분석하기 해 20mtimes30

m 규모의 지그리드를 설치하여 지 항과 임피던스를 측정 하 으며

시뮬 이션의 결과와 비교하 다보조 극이 하나라도 지그리드 내부에

치한 경우 지극 내부의 차가 측정되어 실제 항값에 10배 이상

낮은 값이 측정되었다 한 지 임피던스의 경우 10kHz이하의 주 수

에서 지 항과 마찬가지로 실제값과 큰 차이를 보이나 주 수가 상승함

에 따라 극의 유효면 감소로 인해 실제 값에 가까워지는 것으로 나타

났다이러한 결과를 바탕으로 실제 시공 인 형 구조체 건축물 2곳을

선정하여 지 항과 지 임피던스를 측정한 결과 지 항의 경우 보조

극을 외부에 설치한 경우가 내부에 설치한 경우에 비해 10배 이상 높은

값으로 측정되었다 한 규모 구조체의 지임피던스는 주 수가 상승

함에 따라 매우 크게 증가하 으며 시험 류의 인가 에 따라 큰 차이를

나타냈다 류보조 극과 보조 극을 지그리드 근처에 설치하는 것

은 실제 지 항 는 지임피던스보다 수십배 낮은 측정결과를 가져왔

-ii-

다따라서 형 구조체 지시스템의 지 항 측정시 보조 극을 반드시

건축물 외부에 설치해야 하며이론 으로 0 를 나타내는 618 치

에 보조 극을 시설하여 지 항을 측정해야 한다고 단된다 한

형 지 극의 정확한 지 항 임피던스를 측정 방법에 한 연구가

요구된다

-iii-

ABSTRACT

RecentlyagroundingconstructionmethodinKoreaischangingfrom

thetraditionalindependentgroundingsystem tothecommongrounding

system thatisbonding structureslikesteelframeand iron barwith

ground connecting network Howeverthere is notenough space to

installthe auxiliary electrodes for measuring the ground resistance

within the large-sized structure buildings In the case of the

fall-of-potentialmethodthedistancerequiredformeasuringtheground

resistance should be severaltensand hundredsmeters Actually in

urbanareasthecurrentorpotentialremotetestelectrodeisinstalling

attheplacewithinthegroundinggridinmostlarge-sizedstructures

Sosomeconstructorsmeasurethegroundresistancewithinstallingthe

auxiliaryelectrodesinthegroundinggridofthelarge-sizedstructure

The inadequate installation and measurement of grounding systems

mustbecorrectedwithoutadaysdelayBesideswhensuddenlythe

surgeincludinghighfrequencycomestothecommongroundingsystem

thegroundimpedanceissignificantlyincreasedcomparedwiththevalue

atpowerfrequencyButthemethodofmeasuringthegroundimpedance

oflarge-sizedstructureshasntbeensuggestedyet

Thisstudy showsthat20mtimes30m grounding grid hasbeen installed

forananalysisofthemeasurementaccuracydependingontheauxiliary

electrodes that is needed to measure the ground resistance and

impedanceandaftermeasuringthegroundresistanceandimpedance

wecompared thosewith theresultofthesimulationThatiswhen

evenoneoftheauxiliaryelectrodesislocatedinthegroundinggrid

becauseofthepotentialdifferenceinthegroundelectrodetheover10

timeslowervaluehasbeenobtainedAlsowhenitcomestoground

-iv-

impedencelikethegroundresistanceatfrequencylessthan10kHz

thereisabigdifferencewith therealvaluebutasthefrequencyis

goingupthegroundimpedanceisgettingclosertotherealvalueOn

the basis ofthe result we chose two large-sized buildings and

measured the ground resistance and impedance The value ofthe

ground resistance of installing auxiliary electrode outside of the

groundinggridhasbeenmeasured10timesmorethanoneinsideofthe

grouding grid Also It is found that the ground impedances of

large-sizedstructureswasdrasticallyincreasedwithfrequencyandwas

stronglydependentontheinjectionpointoftestcurrentLocatingthe

currentorpotentialremotetestelectrodenearthegroundinggridunder

testresultsinseveraltentimeslowermeasured ground resistanceor

impedance So itis suggested thatauxiliary electrodes have to be

installedoutsideofthegroundinggridofalarge-sizedstructurewhen

measuring the ground resistance and we shallmeasure the ground

resistance with locating potentialauxiliary electrodes atthe pointof

618 whichmeans0potentialontheoryActuallyweneedtostudy

more aboutthe exactmethod for measuring ground resistance and

impedanceforlargegroundingsystems

-v-

lt목 차gt

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

ABSTRACTmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

그 림 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅸ

제 1장 서 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

11연구 배경 필요성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

12연구 목 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

제 2장 련 이론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21구조체 지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

211구조체 지의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

212건축물 구조체의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

22 지 항 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2212 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2223 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

223 강하법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

23 지임피던스의 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

-vi-

제 3장 측정계의 구성 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

31측정계 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

311 지 항 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

312인버터 기반 지임피던스 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

제 4장 결과 고찰middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

431건축물 A의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

432 형 구조체 A건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

441건축물 B의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

442 형 구조체 B건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

제 5장 결 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot56

-vii-

lt그림 목차gt

그림 21건축물 구조체 지의 개념 표시 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계산

개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

그림 26 강하법의 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

그림 28618의 법칙middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

그림 29 지시스템의 임피던스 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

그림 31 지 항 측정기의 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 32 지임피던스 측정기의 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존성

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의존

성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

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lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

-1-

제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

工學碩士學位論文

형 구조체 지임피던스의 측정

MeasurementsoftheGroundImpedancesin

Large-sizedStructures

2009年 2月

指 敎授 李 福 熙

이 論文을 碩士學位 論文으로 提出함

仁荷大學校 工學大學院

情報電氣工學科

李 京 訓

이 論文을 李京訓의 工學碩士學位論文으로 認定함

2009年 2月 日

主審

副審

委員

-i-

요 약

최근 우리나라의 지시공 방법은 기존의 단독 지 형태의 지시스템에

서 철골이나 철근 같은 구조체를 지망에 본딩하는 공통 지시스템 방식

으로 환되고 있다하지만 형 구조체 건축물의 경우 강하법을 이

용하여 지 항을 측정하기 해 요구되는 이격거리가 수십에서 수백 m

에 이르게 된다실제 도심지에 부분의 규모 구조체는 지그리드 안

에 류 시험 극을 설치하고 있다일부의 시공사들은 보조 극을

구조체 건축물의 지그리드 내부에 설치하여 지 항을 측정하고 있다

지설비의 부 한 설치 측정은 하루빨리 시정되어야 한다 한 이

러한 공통 지시스템에 고주 를 포함하는 서지의 침입시 지임피던스는

상용 원에서 측정된 지 항보다 매우 크게 증가한다고 알려져 있으나

그 측정방법조차 명확하게 제시되지 못한 상태이다

본 연구에서는 형 지 극의 지 항과 임피던스를 측정하기 해 요

구되는 보조 극의 치에 따른 측정값의 변화를 분석하기 해 20mtimes30

m 규모의 지그리드를 설치하여 지 항과 임피던스를 측정 하 으며

시뮬 이션의 결과와 비교하 다보조 극이 하나라도 지그리드 내부에

치한 경우 지극 내부의 차가 측정되어 실제 항값에 10배 이상

낮은 값이 측정되었다 한 지 임피던스의 경우 10kHz이하의 주 수

에서 지 항과 마찬가지로 실제값과 큰 차이를 보이나 주 수가 상승함

에 따라 극의 유효면 감소로 인해 실제 값에 가까워지는 것으로 나타

났다이러한 결과를 바탕으로 실제 시공 인 형 구조체 건축물 2곳을

선정하여 지 항과 지 임피던스를 측정한 결과 지 항의 경우 보조

극을 외부에 설치한 경우가 내부에 설치한 경우에 비해 10배 이상 높은

값으로 측정되었다 한 규모 구조체의 지임피던스는 주 수가 상승

함에 따라 매우 크게 증가하 으며 시험 류의 인가 에 따라 큰 차이를

나타냈다 류보조 극과 보조 극을 지그리드 근처에 설치하는 것

은 실제 지 항 는 지임피던스보다 수십배 낮은 측정결과를 가져왔

-ii-

다따라서 형 구조체 지시스템의 지 항 측정시 보조 극을 반드시

건축물 외부에 설치해야 하며이론 으로 0 를 나타내는 618 치

에 보조 극을 시설하여 지 항을 측정해야 한다고 단된다 한

형 지 극의 정확한 지 항 임피던스를 측정 방법에 한 연구가

요구된다

-iii-

ABSTRACT

RecentlyagroundingconstructionmethodinKoreaischangingfrom

thetraditionalindependentgroundingsystem tothecommongrounding

system thatisbonding structureslikesteelframeand iron barwith

ground connecting network Howeverthere is notenough space to

installthe auxiliary electrodes for measuring the ground resistance

within the large-sized structure buildings In the case of the

fall-of-potentialmethodthedistancerequiredformeasuringtheground

resistance should be severaltensand hundredsmeters Actually in

urbanareasthecurrentorpotentialremotetestelectrodeisinstalling

attheplacewithinthegroundinggridinmostlarge-sizedstructures

Sosomeconstructorsmeasurethegroundresistancewithinstallingthe

auxiliaryelectrodesinthegroundinggridofthelarge-sizedstructure

The inadequate installation and measurement of grounding systems

mustbecorrectedwithoutadaysdelayBesideswhensuddenlythe

surgeincludinghighfrequencycomestothecommongroundingsystem

thegroundimpedanceissignificantlyincreasedcomparedwiththevalue

atpowerfrequencyButthemethodofmeasuringthegroundimpedance

oflarge-sizedstructureshasntbeensuggestedyet

Thisstudy showsthat20mtimes30m grounding grid hasbeen installed

forananalysisofthemeasurementaccuracydependingontheauxiliary

electrodes that is needed to measure the ground resistance and

impedanceandaftermeasuringthegroundresistanceandimpedance

wecompared thosewith theresultofthesimulationThatiswhen

evenoneoftheauxiliaryelectrodesislocatedinthegroundinggrid

becauseofthepotentialdifferenceinthegroundelectrodetheover10

timeslowervaluehasbeenobtainedAlsowhenitcomestoground

-iv-

impedencelikethegroundresistanceatfrequencylessthan10kHz

thereisabigdifferencewith therealvaluebutasthefrequencyis

goingupthegroundimpedanceisgettingclosertotherealvalueOn

the basis ofthe result we chose two large-sized buildings and

measured the ground resistance and impedance The value ofthe

ground resistance of installing auxiliary electrode outside of the

groundinggridhasbeenmeasured10timesmorethanoneinsideofthe

grouding grid Also It is found that the ground impedances of

large-sizedstructureswasdrasticallyincreasedwithfrequencyandwas

stronglydependentontheinjectionpointoftestcurrentLocatingthe

currentorpotentialremotetestelectrodenearthegroundinggridunder

testresultsinseveraltentimeslowermeasured ground resistanceor

impedance So itis suggested thatauxiliary electrodes have to be

installedoutsideofthegroundinggridofalarge-sizedstructurewhen

measuring the ground resistance and we shallmeasure the ground

resistance with locating potentialauxiliary electrodes atthe pointof

618 whichmeans0potentialontheoryActuallyweneedtostudy

more aboutthe exactmethod for measuring ground resistance and

impedanceforlargegroundingsystems

-v-

lt목 차gt

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

ABSTRACTmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

그 림 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅸ

제 1장 서 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

11연구 배경 필요성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

12연구 목 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

제 2장 련 이론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21구조체 지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

211구조체 지의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

212건축물 구조체의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

22 지 항 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2212 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2223 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

223 강하법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

23 지임피던스의 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

-vi-

제 3장 측정계의 구성 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

31측정계 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

311 지 항 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

312인버터 기반 지임피던스 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

제 4장 결과 고찰middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

431건축물 A의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

432 형 구조체 A건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

441건축물 B의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

442 형 구조체 B건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

제 5장 결 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot56

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lt그림 목차gt

그림 21건축물 구조체 지의 개념 표시 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계산

개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

그림 26 강하법의 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

그림 28618의 법칙middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

그림 29 지시스템의 임피던스 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

그림 31 지 항 측정기의 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 32 지임피던스 측정기의 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존성

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의존

성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

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lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

-1-

제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

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[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

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해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

이 論文을 李京訓의 工學碩士學位論文으로 認定함

2009年 2月 日

主審

副審

委員

-i-

요 약

최근 우리나라의 지시공 방법은 기존의 단독 지 형태의 지시스템에

서 철골이나 철근 같은 구조체를 지망에 본딩하는 공통 지시스템 방식

으로 환되고 있다하지만 형 구조체 건축물의 경우 강하법을 이

용하여 지 항을 측정하기 해 요구되는 이격거리가 수십에서 수백 m

에 이르게 된다실제 도심지에 부분의 규모 구조체는 지그리드 안

에 류 시험 극을 설치하고 있다일부의 시공사들은 보조 극을

구조체 건축물의 지그리드 내부에 설치하여 지 항을 측정하고 있다

지설비의 부 한 설치 측정은 하루빨리 시정되어야 한다 한 이

러한 공통 지시스템에 고주 를 포함하는 서지의 침입시 지임피던스는

상용 원에서 측정된 지 항보다 매우 크게 증가한다고 알려져 있으나

그 측정방법조차 명확하게 제시되지 못한 상태이다

본 연구에서는 형 지 극의 지 항과 임피던스를 측정하기 해 요

구되는 보조 극의 치에 따른 측정값의 변화를 분석하기 해 20mtimes30

m 규모의 지그리드를 설치하여 지 항과 임피던스를 측정 하 으며

시뮬 이션의 결과와 비교하 다보조 극이 하나라도 지그리드 내부에

치한 경우 지극 내부의 차가 측정되어 실제 항값에 10배 이상

낮은 값이 측정되었다 한 지 임피던스의 경우 10kHz이하의 주 수

에서 지 항과 마찬가지로 실제값과 큰 차이를 보이나 주 수가 상승함

에 따라 극의 유효면 감소로 인해 실제 값에 가까워지는 것으로 나타

났다이러한 결과를 바탕으로 실제 시공 인 형 구조체 건축물 2곳을

선정하여 지 항과 지 임피던스를 측정한 결과 지 항의 경우 보조

극을 외부에 설치한 경우가 내부에 설치한 경우에 비해 10배 이상 높은

값으로 측정되었다 한 규모 구조체의 지임피던스는 주 수가 상승

함에 따라 매우 크게 증가하 으며 시험 류의 인가 에 따라 큰 차이를

나타냈다 류보조 극과 보조 극을 지그리드 근처에 설치하는 것

은 실제 지 항 는 지임피던스보다 수십배 낮은 측정결과를 가져왔

-ii-

다따라서 형 구조체 지시스템의 지 항 측정시 보조 극을 반드시

건축물 외부에 설치해야 하며이론 으로 0 를 나타내는 618 치

에 보조 극을 시설하여 지 항을 측정해야 한다고 단된다 한

형 지 극의 정확한 지 항 임피던스를 측정 방법에 한 연구가

요구된다

-iii-

ABSTRACT

RecentlyagroundingconstructionmethodinKoreaischangingfrom

thetraditionalindependentgroundingsystem tothecommongrounding

system thatisbonding structureslikesteelframeand iron barwith

ground connecting network Howeverthere is notenough space to

installthe auxiliary electrodes for measuring the ground resistance

within the large-sized structure buildings In the case of the

fall-of-potentialmethodthedistancerequiredformeasuringtheground

resistance should be severaltensand hundredsmeters Actually in

urbanareasthecurrentorpotentialremotetestelectrodeisinstalling

attheplacewithinthegroundinggridinmostlarge-sizedstructures

Sosomeconstructorsmeasurethegroundresistancewithinstallingthe

auxiliaryelectrodesinthegroundinggridofthelarge-sizedstructure

The inadequate installation and measurement of grounding systems

mustbecorrectedwithoutadaysdelayBesideswhensuddenlythe

surgeincludinghighfrequencycomestothecommongroundingsystem

thegroundimpedanceissignificantlyincreasedcomparedwiththevalue

atpowerfrequencyButthemethodofmeasuringthegroundimpedance

oflarge-sizedstructureshasntbeensuggestedyet

Thisstudy showsthat20mtimes30m grounding grid hasbeen installed

forananalysisofthemeasurementaccuracydependingontheauxiliary

electrodes that is needed to measure the ground resistance and

impedanceandaftermeasuringthegroundresistanceandimpedance

wecompared thosewith theresultofthesimulationThatiswhen

evenoneoftheauxiliaryelectrodesislocatedinthegroundinggrid

becauseofthepotentialdifferenceinthegroundelectrodetheover10

timeslowervaluehasbeenobtainedAlsowhenitcomestoground

-iv-

impedencelikethegroundresistanceatfrequencylessthan10kHz

thereisabigdifferencewith therealvaluebutasthefrequencyis

goingupthegroundimpedanceisgettingclosertotherealvalueOn

the basis ofthe result we chose two large-sized buildings and

measured the ground resistance and impedance The value ofthe

ground resistance of installing auxiliary electrode outside of the

groundinggridhasbeenmeasured10timesmorethanoneinsideofthe

grouding grid Also It is found that the ground impedances of

large-sizedstructureswasdrasticallyincreasedwithfrequencyandwas

stronglydependentontheinjectionpointoftestcurrentLocatingthe

currentorpotentialremotetestelectrodenearthegroundinggridunder

testresultsinseveraltentimeslowermeasured ground resistanceor

impedance So itis suggested thatauxiliary electrodes have to be

installedoutsideofthegroundinggridofalarge-sizedstructurewhen

measuring the ground resistance and we shallmeasure the ground

resistance with locating potentialauxiliary electrodes atthe pointof

618 whichmeans0potentialontheoryActuallyweneedtostudy

more aboutthe exactmethod for measuring ground resistance and

impedanceforlargegroundingsystems

-v-

lt목 차gt

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

ABSTRACTmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

그 림 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅸ

제 1장 서 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

11연구 배경 필요성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

12연구 목 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

제 2장 련 이론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21구조체 지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

211구조체 지의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

212건축물 구조체의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

22 지 항 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2212 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2223 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

223 강하법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

23 지임피던스의 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

-vi-

제 3장 측정계의 구성 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

31측정계 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

311 지 항 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

312인버터 기반 지임피던스 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

제 4장 결과 고찰middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

431건축물 A의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

432 형 구조체 A건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

441건축물 B의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

442 형 구조체 B건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

제 5장 결 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot56

-vii-

lt그림 목차gt

그림 21건축물 구조체 지의 개념 표시 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계산

개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

그림 26 강하법의 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

그림 28618의 법칙middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

그림 29 지시스템의 임피던스 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

그림 31 지 항 측정기의 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 32 지임피던스 측정기의 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존성

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의존

성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

-ix-

lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

-1-

제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

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under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-i-

요 약

최근 우리나라의 지시공 방법은 기존의 단독 지 형태의 지시스템에

서 철골이나 철근 같은 구조체를 지망에 본딩하는 공통 지시스템 방식

으로 환되고 있다하지만 형 구조체 건축물의 경우 강하법을 이

용하여 지 항을 측정하기 해 요구되는 이격거리가 수십에서 수백 m

에 이르게 된다실제 도심지에 부분의 규모 구조체는 지그리드 안

에 류 시험 극을 설치하고 있다일부의 시공사들은 보조 극을

구조체 건축물의 지그리드 내부에 설치하여 지 항을 측정하고 있다

지설비의 부 한 설치 측정은 하루빨리 시정되어야 한다 한 이

러한 공통 지시스템에 고주 를 포함하는 서지의 침입시 지임피던스는

상용 원에서 측정된 지 항보다 매우 크게 증가한다고 알려져 있으나

그 측정방법조차 명확하게 제시되지 못한 상태이다

본 연구에서는 형 지 극의 지 항과 임피던스를 측정하기 해 요

구되는 보조 극의 치에 따른 측정값의 변화를 분석하기 해 20mtimes30

m 규모의 지그리드를 설치하여 지 항과 임피던스를 측정 하 으며

시뮬 이션의 결과와 비교하 다보조 극이 하나라도 지그리드 내부에

치한 경우 지극 내부의 차가 측정되어 실제 항값에 10배 이상

낮은 값이 측정되었다 한 지 임피던스의 경우 10kHz이하의 주 수

에서 지 항과 마찬가지로 실제값과 큰 차이를 보이나 주 수가 상승함

에 따라 극의 유효면 감소로 인해 실제 값에 가까워지는 것으로 나타

났다이러한 결과를 바탕으로 실제 시공 인 형 구조체 건축물 2곳을

선정하여 지 항과 지 임피던스를 측정한 결과 지 항의 경우 보조

극을 외부에 설치한 경우가 내부에 설치한 경우에 비해 10배 이상 높은

값으로 측정되었다 한 규모 구조체의 지임피던스는 주 수가 상승

함에 따라 매우 크게 증가하 으며 시험 류의 인가 에 따라 큰 차이를

나타냈다 류보조 극과 보조 극을 지그리드 근처에 설치하는 것

은 실제 지 항 는 지임피던스보다 수십배 낮은 측정결과를 가져왔

-ii-

다따라서 형 구조체 지시스템의 지 항 측정시 보조 극을 반드시

건축물 외부에 설치해야 하며이론 으로 0 를 나타내는 618 치

에 보조 극을 시설하여 지 항을 측정해야 한다고 단된다 한

형 지 극의 정확한 지 항 임피던스를 측정 방법에 한 연구가

요구된다

-iii-

ABSTRACT

RecentlyagroundingconstructionmethodinKoreaischangingfrom

thetraditionalindependentgroundingsystem tothecommongrounding

system thatisbonding structureslikesteelframeand iron barwith

ground connecting network Howeverthere is notenough space to

installthe auxiliary electrodes for measuring the ground resistance

within the large-sized structure buildings In the case of the

fall-of-potentialmethodthedistancerequiredformeasuringtheground

resistance should be severaltensand hundredsmeters Actually in

urbanareasthecurrentorpotentialremotetestelectrodeisinstalling

attheplacewithinthegroundinggridinmostlarge-sizedstructures

Sosomeconstructorsmeasurethegroundresistancewithinstallingthe

auxiliaryelectrodesinthegroundinggridofthelarge-sizedstructure

The inadequate installation and measurement of grounding systems

mustbecorrectedwithoutadaysdelayBesideswhensuddenlythe

surgeincludinghighfrequencycomestothecommongroundingsystem

thegroundimpedanceissignificantlyincreasedcomparedwiththevalue

atpowerfrequencyButthemethodofmeasuringthegroundimpedance

oflarge-sizedstructureshasntbeensuggestedyet

Thisstudy showsthat20mtimes30m grounding grid hasbeen installed

forananalysisofthemeasurementaccuracydependingontheauxiliary

electrodes that is needed to measure the ground resistance and

impedanceandaftermeasuringthegroundresistanceandimpedance

wecompared thosewith theresultofthesimulationThatiswhen

evenoneoftheauxiliaryelectrodesislocatedinthegroundinggrid

becauseofthepotentialdifferenceinthegroundelectrodetheover10

timeslowervaluehasbeenobtainedAlsowhenitcomestoground

-iv-

impedencelikethegroundresistanceatfrequencylessthan10kHz

thereisabigdifferencewith therealvaluebutasthefrequencyis

goingupthegroundimpedanceisgettingclosertotherealvalueOn

the basis ofthe result we chose two large-sized buildings and

measured the ground resistance and impedance The value ofthe

ground resistance of installing auxiliary electrode outside of the

groundinggridhasbeenmeasured10timesmorethanoneinsideofthe

grouding grid Also It is found that the ground impedances of

large-sizedstructureswasdrasticallyincreasedwithfrequencyandwas

stronglydependentontheinjectionpointoftestcurrentLocatingthe

currentorpotentialremotetestelectrodenearthegroundinggridunder

testresultsinseveraltentimeslowermeasured ground resistanceor

impedance So itis suggested thatauxiliary electrodes have to be

installedoutsideofthegroundinggridofalarge-sizedstructurewhen

measuring the ground resistance and we shallmeasure the ground

resistance with locating potentialauxiliary electrodes atthe pointof

618 whichmeans0potentialontheoryActuallyweneedtostudy

more aboutthe exactmethod for measuring ground resistance and

impedanceforlargegroundingsystems

-v-

lt목 차gt

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

ABSTRACTmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

그 림 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅸ

제 1장 서 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

11연구 배경 필요성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

12연구 목 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

제 2장 련 이론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21구조체 지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

211구조체 지의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

212건축물 구조체의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

22 지 항 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2212 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2223 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

223 강하법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

23 지임피던스의 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

-vi-

제 3장 측정계의 구성 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

31측정계 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

311 지 항 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

312인버터 기반 지임피던스 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

제 4장 결과 고찰middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

431건축물 A의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

432 형 구조체 A건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

441건축물 B의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

442 형 구조체 B건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

제 5장 결 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot56

-vii-

lt그림 목차gt

그림 21건축물 구조체 지의 개념 표시 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계산

개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

그림 26 강하법의 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

그림 28618의 법칙middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

그림 29 지시스템의 임피던스 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

그림 31 지 항 측정기의 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 32 지임피던스 측정기의 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존성

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의존

성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

-ix-

lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

-1-

제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

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한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-ii-

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그 림 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅸ

제 1장 서 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

11연구 배경 필요성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

12연구 목 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

제 2장 련 이론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21구조체 지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

211구조체 지의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

212건축물 구조체의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

22 지 항 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2212 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2223 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

223 강하법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

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23 지임피던스의 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

-vi-

제 3장 측정계의 구성 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

31측정계 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

311 지 항 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

312인버터 기반 지임피던스 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

제 4장 결과 고찰middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

431건축물 A의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

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433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

441건축물 B의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

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433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

제 5장 결 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot56

-vii-

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그림 21건축물 구조체 지의 개념 표시 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계산

개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

그림 26 강하법의 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

그림 28618의 법칙middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

그림 29 지시스템의 임피던스 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

그림 31 지 항 측정기의 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 32 지임피던스 측정기의 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존성

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의존

성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

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-viii-

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

-ix-

lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

-1-

제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-iii-

ABSTRACT

RecentlyagroundingconstructionmethodinKoreaischangingfrom

thetraditionalindependentgroundingsystem tothecommongrounding

system thatisbonding structureslikesteelframeand iron barwith

ground connecting network Howeverthere is notenough space to

installthe auxiliary electrodes for measuring the ground resistance

within the large-sized structure buildings In the case of the

fall-of-potentialmethodthedistancerequiredformeasuringtheground

resistance should be severaltensand hundredsmeters Actually in

urbanareasthecurrentorpotentialremotetestelectrodeisinstalling

attheplacewithinthegroundinggridinmostlarge-sizedstructures

Sosomeconstructorsmeasurethegroundresistancewithinstallingthe

auxiliaryelectrodesinthegroundinggridofthelarge-sizedstructure

The inadequate installation and measurement of grounding systems

mustbecorrectedwithoutadaysdelayBesideswhensuddenlythe

surgeincludinghighfrequencycomestothecommongroundingsystem

thegroundimpedanceissignificantlyincreasedcomparedwiththevalue

atpowerfrequencyButthemethodofmeasuringthegroundimpedance

oflarge-sizedstructureshasntbeensuggestedyet

Thisstudy showsthat20mtimes30m grounding grid hasbeen installed

forananalysisofthemeasurementaccuracydependingontheauxiliary

electrodes that is needed to measure the ground resistance and

impedanceandaftermeasuringthegroundresistanceandimpedance

wecompared thosewith theresultofthesimulationThatiswhen

evenoneoftheauxiliaryelectrodesislocatedinthegroundinggrid

becauseofthepotentialdifferenceinthegroundelectrodetheover10

timeslowervaluehasbeenobtainedAlsowhenitcomestoground

-iv-

impedencelikethegroundresistanceatfrequencylessthan10kHz

thereisabigdifferencewith therealvaluebutasthefrequencyis

goingupthegroundimpedanceisgettingclosertotherealvalueOn

the basis ofthe result we chose two large-sized buildings and

measured the ground resistance and impedance The value ofthe

ground resistance of installing auxiliary electrode outside of the

groundinggridhasbeenmeasured10timesmorethanoneinsideofthe

grouding grid Also It is found that the ground impedances of

large-sizedstructureswasdrasticallyincreasedwithfrequencyandwas

stronglydependentontheinjectionpointoftestcurrentLocatingthe

currentorpotentialremotetestelectrodenearthegroundinggridunder

testresultsinseveraltentimeslowermeasured ground resistanceor

impedance So itis suggested thatauxiliary electrodes have to be

installedoutsideofthegroundinggridofalarge-sizedstructurewhen

measuring the ground resistance and we shallmeasure the ground

resistance with locating potentialauxiliary electrodes atthe pointof

618 whichmeans0potentialontheoryActuallyweneedtostudy

more aboutthe exactmethod for measuring ground resistance and

impedanceforlargegroundingsystems

-v-

lt목 차gt

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

ABSTRACTmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

그 림 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅸ

제 1장 서 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

11연구 배경 필요성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

12연구 목 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

제 2장 련 이론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21구조체 지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

211구조체 지의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

212건축물 구조체의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

22 지 항 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2212 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2223 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

223 강하법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

23 지임피던스의 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

-vi-

제 3장 측정계의 구성 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

31측정계 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

311 지 항 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

312인버터 기반 지임피던스 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

제 4장 결과 고찰middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

431건축물 A의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

432 형 구조체 A건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

441건축물 B의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

442 형 구조체 B건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

제 5장 결 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot56

-vii-

lt그림 목차gt

그림 21건축물 구조체 지의 개념 표시 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계산

개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

그림 26 강하법의 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

그림 28618의 법칙middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

그림 29 지시스템의 임피던스 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

그림 31 지 항 측정기의 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 32 지임피던스 측정기의 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존성

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의존

성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

-ix-

lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

-1-

제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

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제 1장 서 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

11연구 배경 필요성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

12연구 목 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

제 2장 련 이론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

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212건축물 구조체의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

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2223 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

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23 지임피던스의 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

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제 3장 측정계의 구성 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

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311 지 항 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

312인버터 기반 지임피던스 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

제 4장 결과 고찰middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

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43 형 구조체 A건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

431건축물 A의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

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44 형 구조체 B건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

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제 5장 결 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55

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그림 21건축물 구조체 지의 개념 표시 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계산

개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

그림 26 강하법의 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

그림 28618의 법칙middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

그림 29 지시스템의 임피던스 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

그림 31 지 항 측정기의 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 32 지임피던스 측정기의 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존성

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의존

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그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계middotmiddot

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그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

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그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot

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그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

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그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

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그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성middotmiddot

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lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

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제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

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1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

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102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

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50

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1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

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[5]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

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1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

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[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

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PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-v-

lt목 차gt

요 약middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

ABSTRACTmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅲ

목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

그 림 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

표 목 차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅸ

제 1장 서 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

11연구 배경 필요성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

12연구 목 내용middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

제 2장 련 이론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

21구조체 지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

211구조체 지의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

212건축물 구조체의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

22 지 항 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2212 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

2223 극법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

223 강하법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

23 지임피던스의 측정방법middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

-vi-

제 3장 측정계의 구성 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

31측정계 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

311 지 항 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

312인버터 기반 지임피던스 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

제 4장 결과 고찰middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

431건축물 A의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

432 형 구조체 A건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

441건축물 B의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

442 형 구조체 B건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

제 5장 결 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot56

-vii-

lt그림 목차gt

그림 21건축물 구조체 지의 개념 표시 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계산

개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

그림 26 강하법의 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

그림 28618의 법칙middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

그림 29 지시스템의 임피던스 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

그림 31 지 항 측정기의 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 32 지임피던스 측정기의 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존성

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의존

성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

-ix-

lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

-1-

제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

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[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

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[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-vi-

제 3장 측정계의 구성 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

31측정계 구성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

311 지 항 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

312인버터 기반 지임피던스 측정기middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

32실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

제 4장 결과 고찰middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

431건축물 A의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

432 형 구조체 A건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

441건축물 B의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

442 형 구조체 B건축물의 지 항middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수 의존성middotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

제 5장 결 론middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55

참 고 문 헌middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot56

-vii-

lt그림 목차gt

그림 21건축물 구조체 지의 개념 표시 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계산

개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

그림 26 강하법의 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

그림 28618의 법칙middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

그림 29 지시스템의 임피던스 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

그림 31 지 항 측정기의 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 32 지임피던스 측정기의 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존성

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의존

성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

-ix-

lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

-1-

제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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-59-

2008

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PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-vii-

lt그림 목차gt

그림 21건축물 구조체 지의 개념 표시 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계산

개념middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

그림 26 강하법의 회로도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

그림 28618의 법칙middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

그림 29 지시스템의 임피던스 측정middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

그림 31 지 항 측정기의 사진middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 32 지임피던스 측정기의 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존성

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의존

성middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

-viii-

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

-ix-

lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

-1-

제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

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SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

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[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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JapanVol9pp671～6761989

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[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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2008

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Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

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System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

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MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

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[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-viii-

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액턴

스성분의 주 수 의존성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성middotmiddot

middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

-ix-

lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

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제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

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루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

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12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

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211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

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이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-ix-

lt표 목차gt

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 31측정 장치의 시방middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 43A건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

표 45B건축물의 개요middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

-1-

제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

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MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-1-

제 1장 서 론

11연구 배경 필요성

최근에 우리나라에 시공되고 있는 부분의 규모 건축물들은 IEC규정

에 따라 메시 극을 이용하여 지를 시공하고 있으며 건축물의 철골까지

메시 극에 본딩하여 완벽한 등 화를 이루고 있다이러한 지시스템

은 매우 낮은 지 항을 제공하며 차를 없애 안 성을 제공하는 것으

로 알려져 있으나 실제 실험 인 방법으로 지 항을 측정하는데는 큰 어

려움이 따른다일반 으로 지 항의 측정은 강하법으로 측정하며

IEEE std에서는 지시스템으로부터 지그리드의 각선의 략 65배

이상 류보조 극을 떨어뜨릴 경우 95[]의 값이 측정되는 것으로 나타

나 있고[12]

우리나라의 정보통신 규격에서도 형 지극의 등가반경의 10

배의 거리를 두어서 측정할 것을 권고 하고 있다[3]하지만 규모 건축물

의 경우 지극의 실효크기 자체가 매우 크기 때문에 류보조 극이 수백

m 이상 떨어져야 한다는 문제가 발생하고도심지의 경우 여러 건축물들이

인 하여 간섭 상 등이 나타나기 때문에 그러한 측정은 불가능하다

때문에 일부 시공사들이 강하법에 이용되는 지 항측정용 류보조

극과 보조 극을 구조물의 지그리드 내부에 시공하고 있으며이

러한 시험 극을 통해 지 항을 측정하고 있다보조 극을 측정하려는

지그리드 내부에 시설할 경우 측정 극과 보조 극이 거의 등 가 되

기 때문에 지 항의 측정은 정확도가 매우 떨어지게 된다

한 최근에 구조체 지극에 한 가장 큰 논란은 규모 지극의 경

우 서지와 같이 고주 를 포함하는 류가 입사되는 경우 상용주 수에서

무시할 수 있었던 지 도체 임피던스에 의한 압 강하도체간 유도

압 지의 커패시턴스의 향이 매우 커지며 이에 따라 지의 응답특

성이 주 수일 때와 상당한 차이를 보이게 된다는 이다[45]

하지만 아

직까지 우리나라의 지에 한 평가는 단순히 지 항에 한 평가가 이

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-2-

루어지고 있으며 지 항값 만이 설계에 반 되기 때문에 과 압에 민감

한 컴퓨터나 통신기기들이 매우 많이 포함되는 구조체 건축물의 경우 서지

와 같이 고주 수를 포함하는 류에 의해 많은 피해를 볼 수 있다때문

에 지시스템이 형화 될수록 지 항이 아닌 임피던스 차원의 고려가

필요하고 형 건축물의 지 설계시의 반 이 요구된다[6-8]

하지만 아직

까지 우리나라에서는 이러한 형건축물에 한 임피던스의 실험 인 측정

은 거의 수행되지 못한 상태이고 임피던스에 한 분석방법조차 정확하게

제시되고 있지 못한 상태이다따라서 형 구조체 지시스템에 한

지 항과 지 임피던스 측정 방법에 한 제시가 필요하고다양한 구조

체 지 시스템에 한 분석을 수행하여 차후 구조체 건축물의 지 시스

템 설계에 반 이 필요하다[910]

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

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pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-3-

12연구 목 내용

뇌서지 등에 의한 높은 주 수 성분의 지 류에 한 지시스템의 응

답특성 평가는 컴퓨터를 비롯한 제어장치통신설비 등에 있어서는 필수불

가결한 요소이다높은 주 수 성분의 지 류에 해서 지시스템은 단

순히 지 항이 낮을수록 그 성능이 비례 으로 상승하지 않는다[1112]

하

지만 아직까지 구조체 지를 한 형 지 극의 정확한 지임피던스

평가는 이루어지지 못하 고 그 평가 방법조차 명확하게 밝 지지 못한 상

태이다본 논문에서는 구조체 지를 시공함에 있어서 일부 시공사들이

잘못 수행하고 있는 지 항 측정방법의 차이를 밝 내기 해 실규모의

크기의 20mtimes30m 크기의 지그리드를 설치하고 보조 극의 치의 변화

에 따른 지 항값의 차이를 제시하 다 한 형 구조체 지시스템의

지임피던스에 한 주 수 의존성을 악하기 해 선행 으로 보조 극

의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성을 분석하여 보다 정확한 데

이터를 얻기 한 보조 극의 치를 제안하 다실제 도심지에 건설되고

있는 구조체 지시스템의 지임피던스의 주 수 의존성을 악하기 해

2군데의 형 건축물을 상으로 지 임피던스의 주 수 의존성을 악하

으며도심지의 지 항 지임피던스 측정에 한 문제 을 제시하

다끝으로 고주 를 포함하는 서지나 컴퓨터 통신 시스템 등의 형 구

조체 건축물에 한 지 임피던스를 분석하여 지설계에 반 될 수 있는

데이터를 제시하 다

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-4-

지의 형태 지시스템의 시공방법

인공 지

l 형 지 극의 병렬 배치(직렬 배치격자상 배치

임의 배치 등)

l 망상 지 극

l 다른 종류의 지 극을 조합한 배치( 형 지 극과

망상 지 극을 조합하는 방법이 일반 으로 용된

다)

자연 지

l 철골철근콘크리트철골ㆍ철근콘크리트의 조합기

말뚝 등을 이용한 건축 구조체의 용 지

l 지하에 매설된 속제 배 이나 기타 시설물

제 2장 련 이론

21구조체 지

건축물의 지시스템을 구축하기 해서 양호한 지 항을 얻을 수 있

는 시공방법을 검토할 필요가 있다 지를 하고자 하는 상물이 지에

기 으로 연결되도록 하는 속 단자의 역할을 하는 것이 지 극이며

지 극은 인공 지 극과 자연 지 극 는 구조체 지 극으로 나

수 있다[13]

표 21 형 건축물의 형 인 지시스템

Table21Typicalgroundingsystem oflarge-sizedstructures

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

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[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

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[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

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[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

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[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

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7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

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[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

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[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

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[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

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Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

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GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

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Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-5-

211구조체 지의 개념

철근콘크리트의 시설물이 지하에 매설된 건축물 구조체의 지 항은 일

반 으로 규모가 단히 큰 면 으로 지에 되어 있기 때문에 인공

지 극의 지 항에 비해 낮은 값을 가지는 경우가 많다따라서 별도

의 지 극을 설치하지 않고 건축물 구조체의 일부인 기 강 철골이

나 철근을 지 극으로 이용하는 것을 구조체 지라고 한다구조체

지에는 철골철근콘크리트의 구조물인 건축물을 비롯하여 철도수도

고가철교옹벽철탑의 기 터 의 내벽 등 지 항이 낮은 여러 가지

구조물을 이용할 수 있다여기서는 건축 구조물의 기 구조물을 지

극으로 용하는 구조체 지에 해서 기술한다건축물의 기 구조체를

지 극으로 용하기 해서는 이들 구조체는 반드시 도 성이어야 하

며요구되는 지 항의 값 이하이어야 한다

앞에서 설명한 바와 같이 지 극이란 지를 하고자 하는 상물을

지에 속하는 것으로 구조체 지는 건축 구조물의 일부 는 부에

지도선을 속하여 구조체 자체가 지에 속하는 기 단자의 역할을

하는 것이다구조체 지의 개념을 그림 21에 나타내었으며지하에 매설

되는 건축물 구조물은 그림 21(a)와 같이 철골이나 기 강 이 직

지에 되어 있는 경우도 있지만 그림 21(b)처럼 철골 는 철근이 콘

크리트에 매입되어 있는 경우도 있다철골 는 철근 자체의 기 항은

매우 낮으므로 우수한 도 성을 가지며건축물의 체 는 부분에 걸

쳐 상호간에 속된 상태로 분포되어 있는 경우가 일반 이다그림 21

(b)의 경우 철골 는 철근이 콘크리트를 통하여 지에 속되는 것으로

볼 수 있으며만약 콘크리트가 도 성을 가진다면 거시 인 으로 보

면 지하에 매설된 건축물의 구조체는 커다란 지 극이라고 볼 수 있다

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

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GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

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[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-6-

그림 21건축물 구조체 지시스템의 개념 표시

Fig 21 Conceptualdemonstrations ofgrounding systems for the

buildingstructures

콘크리트 자체는 완 한 연성을 가지는 것이 아니며어느 정도의

기 도 성을 가지고 있다콘크리트의 기 항률은 시멘트모래자갈

의 배합비흡수율수질주 환경조건온도와 습도의 계 변동 등 여

러 가지 요인에 따라 변화한다표 22에 콘크리트 배합비와 흡수률에 한

기 항률의 계를 나타내었다콘크리트는 일종의 암석과 같이 생각되

지만 특히 콘크리트가 지에 매입되어 있는 경우 암석에 비해서 흡습률이

크기 때문에 기 항률은 상당히 낮은 편으로 략 40～80Ωm정도이

다지하에 매설되어 수분을 많이 함유하고 있는 상태의 콘크리트의 기

항률은 보통의 토양에 비해서 낮은 편이므로 철골 는 철근이 콘크리트

에 매입되어 있어도 건축물 구조체의 지 항은 증가하지 않는다이와

같이 건축물의 기 콘크리트의 기 항률은 주변 지의 기 항률에

비해서 낮으므로 구조체의 지 항에는 거의 향을 미치지 않기 때문에

건축물 구조체의 지 항은 낮은 값을 가지게 된다따라서 인 으로

지 극을 건축물 기 의 하부 는 주변에 설치하더라도 구조체의 지

항 값보다 낮은 값을 얻는 것은 용이하지 않으므로 지 항이 낮은 양

호한 구조체 지 극을 두고 많은 비용을 들여 별도의 인공 지 극을

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

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Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-7-

시설 할 필요가 없다 한 건축물 기 에 근 된 치에 인공 지 극을

설치하면 구조체의 상승은 지 극의 와 거의 등한 값을 가지

게 되므로 별도로 시공하는 인공 지의 효과는 그다지 크지 않다

표 22콘크리트의 배합비와 흡수률에 한 기 항률

Table 22 Resistivity according to the composition ofconcrete and

waterabsorptionrates

콘크리트의 배합비

(시멘트 모래 자갈)흡수율 [] 기 항률 [Ωm]

136

124

130

120

49

62

139

161

800

516

472

379

구조체 지에 한 이해를 해서는 건축물의 구조체를 기 특성에

한 에서 살펴보는 것이 바람직하다목조 는 연성의 재료를 사

용하지 않은 형의 철골철근콘크리트철골과 병용하여 건조한 건축물은

기둥이나 들보 등이 서로 속되어 있으며건축물 체가 일체화되어

있다이와 같이 건축물 구조체가 일체화되어 있게 되면 구조체의 기

특성이 정해지게 된다다시 말하면 건축물의 각각의 구조체가 서로 낮은

기 항으로 속되어 있는 것으로 볼 수 있다즉의도 으로 속하지

않는다고 하여도 구조체 자체에 의해서 자연 으로 속되어 건축물의 구

조체는 도 성 물체로 구성된 기 이지(electriccage)가 된다철골

구조체의 건축물인 경우 건축물 자체가 기 이지라는 것은 쉽게 이해

가 되지만 철근콘크리트 건축물인 경우 골조 부분은 철근이 내장되어 있지

만 어느 일부분에는 철근이 기 으로 완 하게 속되어 있지 않은 부분

도 있다그러나 앞에서 설명한 바와 같이 콘크리트의 기 항률이 비교

낮은 값이므로 콘크리트에 의해 건축물 체가 속되어 있는 기

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-8-

이지라고 보아도 된다철골 는 철근콘크리트로 축조된 건축 구조물에

한 기 등가회로를 2차원 으로 그림 22에 나타내었다이와 같이 건

축물 구조체의 기 특성은 구조체의 재료나 형상규모에 따라 다르다

실제의 건축물에 한 기 등가회로는 3차원으로 매우 복잡한 형상으로

되어 있으므로 이에 한 기 특성의 평가는 그리 간단하지만은 않다

그러나 건축물의 구조체를 지 극으로 용하는 경우 건축물 구조체의

기 특성을 잘 평가한 후에 활용하는 것이 합리 이다

그림 22건축물 구조체의 기 등가회로

Fig22Electricalequivalentcircuitforthebuildingstructures

이미 앞에서 기술한 바와 같이 건축물의 구조체에 지 극 용으로 사

용할 수 있는 조건으로는 구조체가 철골철근콘크리트철골과 철근콘크리

트의 혼합으로 축조되어야 한다 한 기 부분이 지와 넓은 면 으로

되어 지 항이 단히 고건축물 자체가 기 인 이지라고 볼

수 있어야 한다건축물의 구조체를 지 극으로 이용하게 되면 건축물

내에 시설되는 모든 기 자통신 기기의 지를 구조체에 속하게

되므로 공통 지를 이루게 된다그림 23에 건축물 구조체의 기 이

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

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PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-9-

지와 상승의 개념을 나타내었다

그림 23건축물 구조체의 기 이지와 상승의 개념

Fig23Conceptsofelectriccageandpotentialriseforthebuilding

structures

낙뢰가 건축물의 구조체에 입사한 경우 뇌격 류는 구조체를 통하여

지로 흐르게 된다이 때 무한 원 의 기 ( ) 에 한 상승을 V

라고 하자구조체를 기 이지라고 보면 건축물 내에서의 상승은

건축물 체의 V0으로 상승하기 때문에 ΔV=V-V0만큼으로 되

므로 외견상의 지표면의 만을 고려하면 된다구조체의 지 항이

작으면 상승도 낮아지므로 상승의 은 일어나지 않게 된다

철골철근콘크리트철골middot철근콘크리트로 축조한 건축물의 구조체의

지 항은 인공 지 극의 지 항에 비해서 단히 낮을 뿐만 아니라

지와의 면 이 넓으므로 지임피던스도 낮은 고주 역에서도 양호

한 기 특성을 가지는 지 극의 역할을 하게 된다특히 도심지나 산

간지역에서 지 극을 시공할 수 있는 면 이 제한되어 있는 장소에서는

구조체를 지 극으로 활용하는 것이 바람직하다

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

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theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

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[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

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[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

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lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

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pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-10-

212건축물 구조체의 지 항

건축물의 구조체를 지 극으로 용으로 사용할 경우의 경제성과 기술

측면에 해서는 앞에서 기술한 바와 같이 효용성이 높은 것으로 평가

되었으나 실제로 건축물의 구조체의 지 항이 얼마 정도의 값을 가지는

지에 해서는 의문 이 생기게 된다따라서 본 에서는 건축물 구조체

의 지 항을 이론 으로 추정하는 방법과 측정하는 방법에 해서 설명

한다

(1)구조체의 등가 지 극

건축물 구조체나 속제 로의 지하에 매설되어 있는 부분 즉 지에

되어 있는 부분의 형상은 매우 복잡하므로 임의의 형상 자체를 그 로

용하여 지 항을 이론 으로 산출하는 것은 불가능하다비록 엄 하

지는 않지만 건축물 구조체의 지하의 매설 부분으로 지와 되어 있는

부분의 체 표면 에 상당하는 반구형 지 극으로 치환하여 지 항을

추정하는 방법을 생각할 수 있다그림 24에 나타낸 바와 같이 건축물 구

조체의 지하에 매설된 부분의 체 표면 과 등가인 반구형 지 극으로

치환하면 지 항을 쉽게 이론 으로 산출할 수 있게 된다

그림 24건축물 구조체의 지하 부분의 반구형 지 극으로의 치환

Fig24Replacementofundergroundpartsofbuildingstructurewith

hemisphericalgroundelectrode

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

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[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

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7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

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[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

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[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

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GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

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MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-11-

반구형 지 극의 반경을 α이라고 하면 지에 매설되는 표면 은 π

이며건축물 구조체의 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 S를 알

게 되면 등가인 반구형 지 극의 반경은 π 으로부터

(21)

이 된다

반경인 α 인 반구형 지 극의 지 항은

로부터 구해진다

건축물의 구조체가 지와 되어 있는 부분이 넓을수록 지 항은 작

아진다

(2)건축물 구조체의 지 항을 추정하는 방법

건축물 구조체 에서 지에 매설되어 있는 부분의 형상을 반구형의

지 극으로 치환시키게 되면 앞 항에 기술한 바와 같이 개략 으로나마 이

론 으로 추정할 수가 있다특히 건축물의 구조체를 지 극으로 이용하

는 경우 문제 으로 염려되는 부분이 피뢰침에 낙뢰가 입사하 을 때 지

표면의 상승과 이에 한 향이다건축물의 지하 부분의 표면

으로부터 등가 반구형 지 극의 반경을 산출하며이 때 건축물의 지

하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 산정은 그림 25에 나타낸 바와

같이 건축물의 구조체가 지와 하고 있는 부분의 체 표면 으로 계

산한다지하에 매설되어 있는 부분의 바닥면과 측면의 면 을 합하여 계

산하며기 말뚝 등의 표면 은 제외한다기 말뚝으로 주로 콘크리트

주와 강 주를 사용하기 때문에 지효과도 충분히 있기는 하지만 기 말

뚝의 길이개수간격 등 그의 구성이 매우 복잡하므로 정확한 계산이 어

려워 표면 의 산정의 상에서 제외하는 것이다따라서 콘크리트주 는

강 주 등의 기 말뚝을 설치한 건축물의 경우 실제의 지 항은 추정하

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

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[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

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7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

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PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

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[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

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Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-12-

여 계산한 값보다 작을 수 있다

그림 25건축물 구조체 지하에 매설되어 있는 부분의 체 표면 의 계

산개념

Fig 25 Concept of calculation for the total surface area lay

undergroundofbuildingstructure

건축물이 치한 장소의 지 항율 ρ [Ωm]와 지하에 매설되어 있는

부분의 체 표면 S[]가 결정되면 지하 매설 부분의 표면 S와 동

일한 반구형 지 극으로 치환하고이의 반경을

으로부터 산

출한다치환된 등가 반구형 지 극의 반경 α m이 결정되면 지 항 R

[Ω]의 계산은

(22)

과 같이 계산된다

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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7～3761988

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2008

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the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

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MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-13-

22 지 항 측정방법

지임피던스의 측정법은 측정 류를 인가하기 하여 사용하는 보조

극에 따라 2 극법3 극법 강하법으로 분류된다 강하법은 주로

규모 시스템에서 지임피던스의 정확한 측정에 합하며 재 가장

리 사용되는 방법이다 강하법은 다시 보조 극의 배치에 따라 618

법칙을 용하는 E-P-C일직선으로 배치하는 방법과 특정한 각도로

보조 극과 류보조 극을 배치방법이 사용된다 강하법을 응용한 측

정방법은 한 규모 지설비에서 낮은 지임피던스를 측정할 때 인가

하는 류에 따라 세분화되며표류 류에 의해 나타나는 노이즈의 향을

제거하는 방법에 따라 다양한 방법이 제시되고 있다[1][2]

221 2 극법

2 극법은 압계와 류계를 사용하여 측정 상 지 극과 보조 극

의 지 항 합을 측정하는 방법이다즉보조 극으로 시설하는 지 극

이 측정 상 지 극에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 지 항을

가질 때 보조 극을 류 귀류귀환 극이며동시에 기 극으로

사용하는 방법이다측정된 지 항이 측정 상 지 극에 비하여 매우

작아야 측정의 정확도를 확보할 수 있다보조 극으로는 일반 으로 1Ω

이하의 지 항을 가지는 수도 이 주로 사용된다이 방법은 측정

상 지 극의 지 항이 약 25Ω 이상으로 비교 큰 경우에 용이 가

능하지만 규모 지시스템이나 작은 지 항을 가지는 경우에는 매우

큰 측정오차를 유발한다따라서 간이측정법으로 단일 극 등의 지

항을 측정하는데 사용되며 규모 지시스템에는 용이 불가능하다

222 3 극법

3 극법은 측정 상 지 극 주 에 동일한 거리로 보조 극을 시설하

고두 개의 지 극에 측정 류를 인가한 후 두 극의 지 항 합을

측정하여 식과 같이 지 항을 계산하는 방법이다

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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MethodIEEETranPDVol16No42001

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-14-

(23)

이 방법에서 보조 으로 시설하는 지 극의 지 항 의 값이

측정 상 극의 지 항 보다 상당히 클 때에는 지 항 측정값이

오차를 포함하게 된다 한 보조 극을 시설하는 거리는 동일하여야 하는

데 그 지 않을 경우에는 지 항이 음(-)의 값으로 측정되기도 한다단

일 상 지 극의 경우 보조 극의 이격거리는 상 지 극의 규모에 따

라 다르나 어도 5m 이상이 되어야 하며10m 이상이 바람직하다

지시스템의 규모가 커지면 보조 극의 이격거리도 떨어져야 하며 지

항이 피측정 지 극 수 으로 작아져야 하므로 이 방법도 규모의 지

시스템에는 부 합하다

223 강하법

강하법은 지 항 측정방법의 하나로써 무한 원 에 한 상승

을 기 으로 하며 실 으로 유한 구간의 상승을 택하고 있다유한

구간을 정하는데 있어서 보조 극의 치선정이 요한데 강하법은 보

조 극 지 항의 향이 어 소규모 지 극 뿐만 아니라 규모 지

시스템과 같이 낮은 지 항을 가지는 지계의 지 항 측정에도 합

한 방법이다

지 항은 지 극에 류 I[A]를 유입하면 지 극의 가 무한

원 의 지에 비해 V[V]만큼 높아지는데 이 때의 상승 값과 지

류의 비 VI를 그 지 극의 지 항이라고 한다 강하법을 이용한

지 항 측정계의 구성은 그림 26과 같으며그림에서 E는 피측정 지

극이고CP는 측정용의 보조 극으로 E로부터 당한 거리에 설치하는

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-15-

데C가 류보조 극P가 보조 극이다

지 항을 측정할 때 E-C간에 원을 인가하여 지에 류를 흘리는

데이 원으로는 교류를 사용한다그 이유는 직류를 사용하면 기화학

작용이 일어나기 때문이며교류의 주 수로써 무 높은 주 수를 사용하

면 리드선의 인덕턴스나 정 용량의 향이 나타나므로 1kHz이하가

당하다[14][15] 보조 극 P에 의해 E-P간의 강하( 차)를 측정하

는데 지에 흘린 류를 IE-P간의 차가 V인 경우 VI를 지 항

의 측정값으로 산출한다 강하법의 큰 특징은 2개의 보조 극의 지

항이 측정값에 큰 향을 미치지 않는 이다

CE P

저항구역

P

C

전위보조전극 전류보조전극

접지저항측정

그림 26 강하법의 회로도

Fig26Connectiondiagram ofthefall-of-potentialmethod

보조 극도 지 극이기 때문에 당연히 지 항을 가지고 있으나 측정

용의 보조 극은 길이나 지름이 작고 지공사도 임시 인 것이므로 지

항은 부분의 경우 피측정 지 극의 지 항보다 크다 류보조

극 C의 지 항은 측정회로에 포함되어 있으므로 지에 흘리는 류의

크기에 향을 미치지만 류값의 변동에 비례해서 E-P간의 차가 변

하기 때문에 측정결과인 VI에는 변함이 없다 한 보조 극 P의

지 항도 차 측정회로에 포함되어 있기 때문에 차 측정장치로서

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

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pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-16-

가 류를 흘리지 않는 것을 사용하면 P 극의 지 항의 향을 제

거할 수 있다

이상 인 강하법의 측정방법은 지 항의 정의 그 로이나 내용상

으로는 본질 인 차이가 있는데그것은 보조 극 CP를 설치하는 치이

다 지 항의 정의에서는 보조 극의 치에 해 이상 인 가정을 했으

나 지 항의 측정은 실 이며 구체 인 문제이기 때문에 보조 극을

피측정 지 극으로부터 유한의 거리 내에 설치해야 하며이 때 오차가

생길 우려가 있다따라서 이 오차와 정확도를 검토하는 하나의 수단이 바

로 분포곡선의 작성이다[16]

224 강하법에서 지 항 측정시 보조 극의 치선정

보조 극의 치선정은 지 항을 측정할 때 측정값의 정확도에 크

게 향을 미치게 되므로 신 하게 설치하여야 한다 보조 극을 피측

정 지 극과 류보조 극이 이루는 일직선상에 설치하며 분포곡선

의 수평부분에 치시키면 정확한 측정결과를 얻을 수 있다하지만 실

으로 장 측정의 경우 측정용 류보조 극을 일직선상에 설치

하기가 불가능한 경우가 많으며이 때는 보조 극을 일직선상에서 벗

어나 어느 정도 각도를 유지하는 치에 설치하는 경우가 있다측정용 보

조 극을 일직선으로 시설하는 경우와 어느 각도를 가지도록 설치하는 경

우에 하여 이론 인 치선정의 방법을 살펴보면 다음과 같다

그림 27에 나타낸 바와 같이 분포 곡선의 간부분과 같이 수평인

를 나타내는 분포곡선을 얻어야만 정확한 지 항의 산출이 가

능하다그러나 분포 곡선에서 수평부분은 피측정 지 극의 형상과

치수매설깊이 류보조극과의 거리 지 항률 등과 계되며피측정

지 극 E와 류보조 극 C와의 거리를 가 멀리할수록 수평부분이

범 하게 나타나므로 정확한 지 항의 산출이 가능하다

측정 상이 되는 지 극을 그림 27처럼 등가 으로 반지름 r의 반구

모양 지 극으로 하고주 의 지 항률은 어디나 같으며이것을 ρ라

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

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MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-17-

하자 E 지 극(측정 상의 반구모양 등가 극)의 심으로부터 C

[m]의 곳에 류보조 극 C를P[m]의 곳에 보조 극 P를 설치하고

E 지 극으로 류 I가 흘러 들어가 C보조 극으로 흘러나온다고 가정한

다반구모양 지 극의 지 항은 ρ2πr[Ω]이므로 E 극에 류 I

가 흘러 들어감으로써 그 는 무한원 을 기 으로 해서 ρI2πr[V]만

큼 상승한다그러면 E 극에 유입하는 류 I에 의해 P 의 가 얼마

나 높아지는지를 계산해 보기로 한다반구모양 지 극의 심으로부터

거리 [m]인 의 는 다음 식 (24)와 같다

(24)

접지 저항 측정

P

C

전위 보조전 극 전류보 조전 극

rI I

ρ

P CE

전위

[V]

E-P간 의 거 리 [m]

V E

VC VEC

그림 27 강하법에 의한 지 항의 측정

Fig 27 Measurement of the ground resistance using the

fall-of-potentialmethod

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-18-

지 그림 27에서 E-P간의 거리는 P[m]이므로 P 의 는 ρI2πP

가 된다그러므로 E 지 극에 유입하는 류 I에 의한 E-P간의 차

는 E의 에서 P의 를 빼면 된다

V 1=ρI2πr

-ρI2πP

=ρI2π(1r-1P) (25)

C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E-P간의 차를 구하기 해

서는 C 지 극에서 유출하는 류 I에 의한 E 지 극의 상승을 구

해야 한다C 지 극도 등가 반구모양으로 나타내고 식 (24)을 용하면

E 지 극의 상승은

-ρI2πC

이 된다 여기서 (-)부호는 류의 방향이 반 이기 때문이다 한 P

의 상승은 다음과 같다

-ρI

2π(C-P)

따라서 C 극에서 유출하는 류에 의한 E-P간의 차는

V2= -ρI2πC

-(-ρI

2π(C-P))

= -ρI2π(1C-

1C-P

)

(26)

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

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[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-19-

E-P간에는 V1과 V2라는 2개의 차가 가해지기 때문에 E-P간의

차는 식 (25)와 식 (26)의 합이 되어 다음 식으로 표 된다

V = V 1+V 2

=ρI2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

(27)

이것을 류 I로 나 면 지 항의 측정값 R을 구할 수 있다

R =ρ

2π(1r-1P-1C+

1C-P

)

=ρ

2πr(1-

1p-1c+

1c-p

)

(28)

여기서 p= Prc= Cr

한 ρ2πr은 반구모양 지 극의 지 항의 참값이며이것을 Rinfin

라 하면 지 항의 측정값은 다음과 같다

R = Rinfin[1-(1p+1c-

1c-p

)]

(29)

호 []안의 제2항은 오차항이 되는데이것이 0이 될 때에 측정값

은 참값과 같아진다

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-20-

1p+1c-

1c-p

= 0

(210)

즉 p2+cp-c

2= 0이다 p를 변수로 해서 2차 방정식을 풀면 해

는

p= plusmn0618c

의 2개가 나오나 pc모두 (＋)의 값이라야 하기 때문에 첫 번째의

풀이만이 물리 인 뜻이 있다즉pc = 0618의 조건을 만족할 때

측정값은 참값과 같아지는데이것은 반구모양 지 극의 지 항을 측

정할 때그림 28처럼 E-C사이의 거리의 618의 치에 극을

설치하면 정확한 값을 얻을 수 있다는 것을 나타내며이것을 618법칙

이라고 한다[17]

접지저항측정

C의 618

C

전위보조전극 전류보조전극

P CE

그림 28618 법칙

Fig28618 rule

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-21-

23 지임피던스의 측정방법

강하법은 규모 지시스템의 지임피던스 측정을 한 기본 인

방법이다일반 으로 소규모 지 극에서는 60Hz의 주 수를 가지는 측

정 류를 인가할 경우 측정 류와 지 의 형이 동 상을 가진다측

정 류와 지 의 형으로부터 지임피던스를 산출하면 항성분이

주를 이루기 때문에 일반 으로 지 항으로 나타내게 된다하지만 지

극의 규모가 크거나 측정 류의 주 수가 높아지게 되면 측정 류와

지 형에서 상차가 발생하여 리액턴스 성분이 차 커지면서 지

임피던스로 나타나게 된다그림 29에 나타낸 것과 같이 지시스템과

류보조 극 사이의 측정 류 Is와 지시스템과 보조 극 사이의 지

Vs를 측정하여 지임피던스를 산출하는 측정계를 나타내었다

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-22-

P90o

V

Vs Zg

Is A C

PR EFERR ED TEST LEAD ORIENTATION

Is = MEASUR ED CURR ENT

V s = MEASURED VOLTAGE

P = REFERENC E POTENTIAL ELECTRODE

C = REMOTE CURRENT ELECTR ODE

Z g = GROND IM PEDANCE

그림 29 지시스템의 임피던스 측정

Fig29Impedancemeasurementofthegroundingsystem

측정 류 Is에 의한 지 상승 Vs는 지시스템과 충분히 떨어진

보조 극(P극)사이에 연 분리된 고임피던스 압계에 의해서 측정되

어진다 보조 극의 리드선은 류보조 극과 보조 극 사이의 상

호 인던턴스 커 링을 최소화하기 해서 인가 류 리드선에 비하여 90deg

의 각도를 갖도록 설치되어진다

지시스템의 크기의 략 65배의 거리에 류보조 극과 보조 극

이 치할 경우에는 지임피던스의 95가 측정되는 것으로 IEEEstd에

서 제안하고 있다그러므로 지임피던스를 결정하기 해서 최 의 지

극의 상승 Vs를 얻기 해서는 지시스템의 상승은 지시스템

으로부터 테스트 류가 일정하다고 가정하면 두 개나 세 개의 연속 인

압이 무시되어질 때가지 거리를 증가함으로써 보조 극을 변화하여

측정되어야 한다다음으로 류보조 극은 충분히 증가시켜야 한다완벽

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

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Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-23-

하게 균일한 토양에서 확장된 지 극이 없는 이상 인 조건에서 균일한

보조 극의 치가 지시스템의 크기의 50배 정도일 때 측정한 정확도는

985가 된다[2]

류보조 극과 보조 극이 원거리에 설치되어 있고 상호 커 링이

나 다른 노이즈 성분에 의한 향을 받지 않는다고 가정할 경우 측정된

지임피던스는 식 (211)과 같이 나타낼 수 있다

Zg=Vs

Is(211)

인가 류의 원으로는 력증폭기에 측정 주 수의 원을 공 하는 신

호 발생기휴 용 발 기변 소의 압 원으로부터 운 가능한 임의

의 변압기 등을 이용하는 신호 발생기를 사용할 경우 류범 는 01～10

[A]의 범 에서 측정 류원으로 사용할 수 있다

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-24-

제 3장 측정계의 구성 방법

31측정계 구성

311 지 항 측정기

본 연구에서 류보조극이 시공된 치에 따른 정상상태의 지 항을

측정하고 형 지극의 지 항 측정하기 해 그림 31의 TERCA Ⅱ

(ChauvinArnoux)장비를 사용하 다이 측정기의 측정 류는 상용주 수

와 3고조 주 수의 향을 피하기 해 128Hz의 교류 정 를 사용하

고 있으며 류의 크기를 21050mA로 선택하여 사용할 수 있다 한

배터리를 사용하여 원공 없이 1300회를 측정할 수 있어 장 측정에

합하다

그림 31 지 항 측정기의 사진

Fig31Aphotographofthegroundresistancemeasuringinstruments

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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MethodIEEETranPDVol16No42001

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-25-

312인버터 기반 지임피던스 측정기

형 지극의 임피던스에 한 주 수 의존성을 분석하기 해 1kHz

에서 2MHz까지 구형 류를 인가할 수 있는 인버터를 사용하 고정

확한 측정을 해 PC기반 측정기를 사용하 다7kV까지 측정이 가능한

고 압 차동 로 와 DC에서 100MHz까지 측정할 수 있는 능동형 류

로 를 사용하여 압과 류를 측정하 으며측정된 신호는 100MSs

의 samplingrate을 갖는 NI보드를 통하여 PC에 달된다 달된 신호는

Labwiew 로그램에 입력되어 FFT변환을 통하여 주 신호원의 주 수를

찾아내고 가장 큰 크기를 나타내는 주 수의 3dB까지 신호를 검출하는

BandpassFilter를 통하여 주 주 수 성분의 정 신호를 검출한다본 연

구에 사용된 측정기의 구성요소에 한 사진과 시방을 표 31과 그림 32에

나타내었다

그림 32 지임피던스 측정기의 사진

Fig32Aphotographofthegroundimpedancemeasuringinstrument

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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GroundingSystemspp6-131991

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theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

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7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

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MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

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MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-26-

측정 장비 장비의 성능

류 로

(TectronixTDS

202)

bull BandwidthDCto50MHz

bull MaxDC+PeakACCurrent15A

bull MzxPeakPulseCurrent50A

bull Minimum Sensitivity10mAdiv

고 압 차동 로

(DifferentialProbe

forHighVoltage

PowerMeasurement

-4241)

bull BandwidthDCto70MHz

bull ImputImpedance10MΩ10pF

bull DifferentialInputVoltage

+700V(1100)

+7000V(11000)

bull CommonModeVoltage+7000V

bull Accuracy+2

인버터

(HighFrequency

Inverter)

bull Frequency100Hz-2MHz

bull Waveform Squarewave

bull OutputVoltageAC100V

bull OutputCurrent1A

NI보드

(100MHz100

MSs14-Bit

Digitizer)

bull 2channelssimultaneouslysampled

at14-bitresolution

bull 100MSsreal-timeand20GSs

random interleavedsampling

bull 100MHzbandwidth

bull 50frac12or1Mfrac12inputimpedance

software-selectable

bull 200mVto20Vinputrange

표 31측정 장치의 시방

Table31Specificationsofthemeasuringinstruments

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-27-

32실험방법

실제 형 구조체 지극의 임피던스 측정에 앞서 지 항과 지임피

던스를 측정시에 고려되어야 하는 보조극의 치와 그에 따른 측정상의 오

차 등을 분석하기 해 20mtimes30m 규모의 지그리드를 시공하고 보조

지 극의 치에 따라 항과 지임피던스의 주 수 의존성을 측정하 으

며 지설계 로그램인 CDEGS를 이용하여 주 수 변동에 따른 지극의

분포를 분석하 다20mtimes30m 지그리드에서 분석된 결과를 바탕으

로 하여 재 시공되고 있는 규모 구조체 건축물 두 곳을 선정하여 지

항값을 측정하 으며 지 시공사에서 측정한 결과와 비교 분석하 다

고주 수에 한 지시스템의 응답특성을 분석하기 해 가변주 수 류

발생기와 PC기반 측정기를 이용하여 임피던스와 회로 성분들을 분석하

으며구조체의 인가 치에 따른 분석 수행을 해 지극에 류를 인가

한 경우와 철골에 인가한 경우를 비교 분석하 다 규모 구조체 건축물

의 경우 도심지에 시공되고 있는 상태이기 때문에 IEEE나 정보통신 규격

의 권고사항을 정확히 이행하여 보조 극을 설치할 수는 없지만 주변의 공

터를 최 한 활용하여 구조체 외부에 보조 극을 설치하여 측정을 수행하

다측정방법은 1kHz에서 1MHz까지 인가할 수 있는 인버터를 사용

하여 주 수 변화를 변화시키며 구형 류를 인가하 으며 이에 따른

지임피던스의 변화를 측정하여 PC기반 측정기를 이용하여 분석을 수행하

다측정된 압과 류의 신호는 로 를 통해 NI보드로 입력되며 입

력된 신호를 LabVIEW 로그램을 이용하여 주 주 수성분의 정 신호

를 검출한다측정된 압과 류 신호를 식 211에 입하여 임피던스를

구하고 상차를 산출하 으며식 31과 32를 이용하여 항성분과 리액

턴스 성분을 검출하 다

∙cos

(31)

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-28-

∙sin

(32)

제 4장 결과 고찰

41보조 극의 치에 따른 지 항 측정

재 시공되고 있는 형 건축물들은 지 항을 강하법으로 측정하기

해서 보조 극들이 필요하며 지를 시공하는 회사에 따라 그 치가 다양

하게 설치되고 있다본 논문에서는 지 임피던스의 측정에 앞서 지 항

측정시 보조 극의 치에 따라 지 항이 어떻게 변화하는지 알아보기 해

20mtimes30m 규모의 메시 극을 설치하고 그림 41과 같이 보조 극의 치를

다양하게 변화시키며 지 항을 측정하 다

그림 41의 (a)의 경우 정보통신 규격에서 수평 지극의 지 항 측정시

류보조 극을 10배 이상 충분히 이격시킬 수 없는 조건에서 차선책으로 제

시한 지그리드의 지체 면 환산직경의 3배 이상을 이격시켜 류보조

극을 설치하 다면 환산직경은 식 41과 식 42를 통하여 계산이 가능하고

본 논문에 사용된 지극의 환산반경은 276m로 계산되었고 36배의 거리인

100m지 에 류보조 극(C)을 설치하 으며이론 으로 도 유도가 없는

618지 에 보조 극을 설치하여 측정의 기 값으로 하 다[3]

( 지체 면 환산 직경 지체 면 환산 반경)41

( 수평 면형 지시설의 유 면 )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-29-

그림 41의 (b)의 경우 주변의 공간이 매우 작은 경우를 모의하여 지그리

드의 한변의 길이와 같은 20m지 에 류보조 극을 설치하고 618의 길

이인 124m에 보조 극을 설치하 으며CaseⅢ와 CaseⅣ는 류보조

극과 보조 극이 하나만 측정하려는 지그리드 내부에 설치된 경우를

모의한다 한 CaseⅤ에서는 일부 지시공사들이 도심지 구조체 지시스

템에서 시공하고 있는 방법인 류보조 극과 보조 극이 모두 지그리

드 내부에 치한 경우를 모의하 다

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

618 m100 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

20 m

류보조 극 (C)

위보조 극 (P)

124 m

30 m

E

20 m

30 m

E

20 m

(a) CaseⅠ의 보조 극 치 (b)CaseⅡ의 보조 극 치

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

PC

20 m

20 m

30 m

E

20 m

C

20 m

20 m

30 m

E

20 m

(c) CaseⅢ의 보조 극 치

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-30-

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

C

P

20 m

20 m

30 m

E

20

m

(d)CaseⅣ의 보조 극 치

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

P

C20 m

20 m

30 m

E

20 m

(E)CaseⅤ의 보조 극 치

그림 41보조 극의 치를 달리한 측정회로의 개요

Fig41Sketchesofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

indifferentlocations

그림 41의 측정계 구성에 따른 각각의 지 항 측정에 한 결과를 표

41에 나타내었으며 류보조 극이 100m떨어졌을 경우인 CaseⅠ을 기

값으로 하여 각각의 편차를 나타내었다표 1의 측정결과에서 CaseⅡ와

같이 류보조 극과 보조 극이 모두 밖에 있는 경우 비록 류보조

극의 거리가 짧더라도 보조 극의 치를 618에 치시키면 실

제값인 165Ω에 근 한 163Ω이 나타났다반면 류보조 극 는

보조 극이 하나라도 메쉬 지 극 내부에 있는 경우 실제 지 항 보

다 120배 이하의 매우 작은 값으로 나타나 실제 지 항과는 상당한 차

이가 있음을 확인하 다이 게 보조 극의 치에 따라서 지 항이 다

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-31-

르게 나오는 것은 지설계 시공에 사용되는 CDEGS 로그램을 통해

분포에 한 시뮬 이션 결과를 이용하여 분석이 가능하다그림 42의

그림은 본 실험에서 사용된 20mtimes30m 규모의 메시 극에 1A의 류를

흘렸을 때 나타나는 분포에 한 2차원과 3차원의 결과를 보여 다

그림 42(a)의 3차원의 그림에서 극 주변의 는 극 외곽에서 격

하게 감소하며 극 의 는 메시내부와 도체 사이에 01V이하의 차

이를 나타낸다입력 류의 크기가 1A이기 때문에 이것은 곳 01Ω의 차

이를 나타내게 된다따라서 극이 메시 극 내부에 설치된 경우는

실제 지 항이 측정되는 것이 아니라 메시 극 내부와 도체 사이의

차가 측정되어서 지 항의 의미와는 거리가 멀다 한 류 극이 내부

에 치한 경우 극이 외부에 있다 하여도 메시 극의 와 류보

조 극의 가 겹쳐져 있기 때문에 메시 극만의 를 의미하지 않는

다따라서 규모 구조체의 지 항 측정시 류보조 극과 보조

극을 메시 극 외부에 설치하고 이론 으로 0 의 치인 류보조 극

의 거리의 618 지 에 보조 극을 설치하는 것이 일부의 오차를

포함하더라도 더욱 실제 지 항을 측정하는데 합하다고 단된다

표 41보조 극의 치에 따른 지 항 편차

Table41Groundresistanceanddeviationaccordingtothelocationof

auxiliaryelectrodes

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-32-

항측정 경우 지 항 (Ω)기 값에 한

편차 (Ω)편차율 ()

CaseⅠ 165 - -

CaseⅡ 163 002 121

CaseⅢ 0065 1595 9667

CaseⅣ 0056 1594 9661

CaseⅤ 0033 1617 9800

(a)3D 분포

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-33-

(a)2D 분포

그림 4220mtimes30m 지그리드의 분포

Fig42Potentialprofileof20mtimes30m groundinggrid

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-34-

42보조 극의 치에 따른 지임피던스의 주 수 의존성

규모 지시스템에 낙뢰와 같이 고주 성분을 포함하는 서지 류가

인가되었을 때 지임피던스에 한 주 수 의존성을 측정하기 앞서 지

임피던스 측정시 보조 극의 치에 따른 향을 악하기 해 41 의

지 항 측정계를 기본으로 하여 지임피던스를 측정하 다 지임피던

스의 주 수 의존성의 악은 41 의 CaseⅢ에서 CaseⅤ를 동일하게 구

성하 으며 CaseⅠ과 CaseⅡ는 측정선간 자유도 상이 발생하기 때문

에 류의 주 수를 변환하는 경우에 합하지 못하다[18]따라서 임피던스

의 측정을 해 그림 43과 같이 류보조 극과 보조 극을 90로 배

치하는 CaseⅥ의 경우를 실험 상의 기 으로 하 다

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

C

P20 m

20

m30 m

E

20

m

30 m

E

20

m

그림 43보조 극의 치를 90로 배치한 측정회로(CaseⅥ)

Fig43Sketchofmeasuringcircuitforauxiliaryelectrodesinstalled

atanangleof90(CaseⅥ)

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

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[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

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[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

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theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

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[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

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[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

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[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

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PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

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[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

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GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-35-

그림 44는 보조 극의 치에 따른 임피던스와 상차의 주 수 의존성

을 나타낸다그림 44(a)의 임피던스의 결과에서 보조 극이 하나라도 내

부에 있는 경우 1kHz에서 지 항측정기로 측정된 지 항과 마찬가지

로 01Ω이하의 값으로 측정되나 지극이 모두 밖에 있는 CaseⅥ의 경

우 1kHz에서 약 11Ω으로 실제 값에 근 한 결과를 나타내었다Case

Ⅵ의 경우도 지극의 역에 치하기 때문에 도 유도에 의한 오차

가 발생하지만 보조 극이 내부에 치한 경우에 비하여 신뢰할 수 있는

값을 얻을 수 있고 높은 주 수에서 측정선의 인덕턴스 등의 향을 최소

화 할 수 있다고 단된다CaseⅥ의 임피던스는 1kHz의 주 수 뿐만

아니라 모든 주 수 역에서 지극의 내부에 보조 극이 치한 경우에

비하여 높게 측정되었으며1MHz에서 14Ω을 나타내었다하지만 주

수가 증가함에 따라 보조 극이 내부에 설치된 경우의 지임피던스와

CaseⅥ의 임피던스의 차이가 어드는 것으로 나타났다이러한 상은

규모 지극의 경우 주 수가 증가함에 따라 극내부에서도 차가

발생하게 되고 보조 극이 설치된 치와 류가 인가되는 임피던스 측정

간의 차가 증가하여 상 으로 보조 극이 외부에 설치된 경

우와 편차가 어든 것이라 분석된다보조 극의 치에 따른 지임피던

스의 차이는 그림 44(b)의 주 수 증가에 따른 상차의 변화를 통하여

더욱 명확히 나타난다보조 극이 내부에 치한 경우 1kHz의 주 수에

서 이미 60 이상의 차이를 나타내며 20kH까지 80의 매우 큰 상차를

나타내며 30kHz이상의 주 수에서 감소하는 추세를 보인다반면 보조

극이 모두 외부에 치한 경우 1kHz에서 상차가 거의 존재하지 않는

것으로 나타났으며50kHz까지 증가하여 최 50의 상차를 나타내고 2

MHz까지 약간의 감소를 보이며 약 45 정도로 수렴하 다

측정된 임피던스와 상차를 식 (32)과 (33)에 입하여 항성분과 리

액턴스 성분으로 분리하여 분석한 결과를 그림 45에 나타내었다그림 45

(a)의 항성분의 경우 보조 극이 메시 내부에 치한 경우와 모두 외부

에 치한 경우의 결과가 10kHz이하의 주 수에서 한 차이를 나타내

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

pp6715-1〜41995

[5]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

onPASVol100No4pp1918〜19221981

[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-36-

었으며 임피던스의 결과와 매우 유사하게 나타났다1kHz의 주 수에서

항 측정기로 측정한 표 41의 항값과 매우 유사한 측정치를 보

으며 보조 극이 외부에 설치된 경우 약 1Ω의 항값을 나타내었다반

면 그림 45(b)의 리액턴스의 경우 보조 극이 외부에 치한 경우가 내부

에 치한 경우에 비해 부분의 주 수 역에서 높게 나타났으나 그 차

이가 매우 작게 나타났다이러한 결과는 보조 극이 내부와 외부에 치

하 을 때 나타나는 임피던스의 차이가 주 수에 크게 향 받지 않는

항성분에 의한 것이며 주 수에 크게 의존하는 리액턴스 성분의 변화는 보

조 극의 치에는 크게 향 받지 않는 것으로 분석된다 한 보조 극

의 치에 따른 임피던스의 차이는 10kHz이하의 주 수 역에서 지

항 차이에 기인하며 주 수가 증가함에 따라 리액턴스 성분이 동일하게

증가하여 임피던스의 차이가 어드는 역할을 한다고 단된다

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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2008

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MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-37-

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

001

01

1

10

100

1E+02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

임피

던스

(Ω)

(a) 지임피던스의 주 수 의존성

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

(b) 상차의 주 수 의존성

그림 44보조 극의 치에 따른 지임피던스와 상차의 주 수 의존

성

Fig 44 Frequence dependance ofground impedance and phase

differenceaccordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

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[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-38-

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

0001

001

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-3

10-2

10-1

101

102

주파수 (Hz)

100

항분

(Ω)

(a) 항성분의 주 수 의존성

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

001

01

1

10

100

1E+ 02 1E+ 03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+ 07

Case Ⅲ

Case Ⅳ

Case Ⅴ

Case Ⅵ

102 103 104 105 106 107

10-2

10-1

100

101

102

주파수 (Hz)

리액

턴스

분(Ω

)

(b)리액턴스의 주 수 의존성

그림 45보조 극의 치에 따른 항성분과 리액턴스성분의 주 수 의

존성

Fig45Frequencedependanceofresistiveandreactivecomponents

accordingtothelocationofauxiliaryelectrodes

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-39-

그림 46은 앞의 실험결과를 분석하기 해 CDGES 로그램을 이용하

여 주 수 변화에 따른 지 표면 분포에 한 결과와 각각의 주 수

에서 지임피던스를 나타낸다시뮬 이션 결과 한 1A를 주입하여 나

타나는 지 표면의 분포이기 때문에 E 의 는 지임피던스를

의미하게 되나주 수가 상승할수록 지표면과 도체 사이에 차가 발

생되어 분포 곡선의 최 값과 0 를 기 으로 지그리드의 류인

가 의 차를 계산한 지임피던스 값은 차이를 보이게 된다

그림 46(a)에서 본 실험계의 P극의 치가 비록 지그리드 외부 20m

에 설치되었지만 지그리드의 분포에 큰 향을 받아 실제 지임피

던스보다 작게 측정되는 것을 알 수 있다 한 보조 극이 지그리드 내

부에 치한 경우 실험결과와 마찬가지로 10kHz의 주 수에서도 1Ω 이

하의 작은 값을 나타낸다반면 100kHz와 1MHz의 높은 주 수에서의

분포에서는 지극의 유효면 감소효과에 의해 지그리드 내부에서

도 차가 발생하는 것으로 단된다[1920]그림 45의 임피던스의 실측

결과에서 보조 극이 내부에 설치된 경우와 외부에 설치된 경우의 임피던

스 차이가 주 수가 상승할수록 어드는 원인은 주 수가 상승할수록

지 극의 유효면 이 더욱 작아지고 극자체에 차로 인해 보조 극과

류주입 간에 차가 발생하게 되기 때문인 것으로 단된다때문에

1MHz의 매우 높은 주 수에서는 보조 극이 외부에 설치된 경우와 내부

에 설치된 경우의 임피던스의 차가 매우 어들고 내부에 설치된 보조 극

사이에도 그 치가 인가 에서 멀어짐에 따라 임피던스가 작게 나게 된

다 한 보조 극이 외부에 설치된 경우에도 10kHz이하의 주 수에

서는 보조 극이 지 극의 분포 역에 설치되면 지 항에 큰 오

차를 보이게 되나 주 수가 상승함에 따라서 지극의 상승에 비해 외

부의 상승 크지 않기 때문에 높은 주 수에서 임피던스를 측정함에 있

어 보조 극이 지 극의 실효크기에 비해 멀리 떨어지지 않아도 그

오차가 크지 않은 것으로 단된다

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

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under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-40-

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(a) 1 kHz 167 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(b) 10 kHz 179 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

(c) 100 kHz 455 Ω

E

P

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

(d) 1 MHz 1317 Ω

E

P

그림 46주 수별 CDEGS시뮬 이션에 의한 분포

Fig 46 Potentialprofile simulated by using CDEGS program by

frequency

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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MethodIEEETranPDVol16No42001

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-41-

표 42는 보조 극의 치에 따른 주 수별 임피던스의 측정값과

CDEGS를 이용한 시뮬 이션의 결과값을 나타낸다주 수가 낮은 1kHz

에서 보조 극이 외부에 90도 각도를 이루며 설치된 CaseⅥ과 표면

분포에서의 E-P간 차 시뮬 이션의 결과가 618법 이용하여 측정한

지 항값과 1kHz의 지임피던스값 보다 05Ω 정도 낮게 측정되었다

그러나 주 수가 상승함에 따라서 시뮬 이션의 결과와 측정값의 편차는

크게 변하지 않는 반면 임피던스의 값이 상 으로 커지기 때문에 그에

한 오차율은 감소하는 경향을 나타낸다

표 42주 수별 측정된 지임피던스와 시뮬 이션 결과의 비교

Table42Comparisonbetweenthemeasuredgroundimpedancesand

simulatedresultsaccordingtofrequency

주

수

(kHz)　

Case

Ⅲ

Case

Ⅳ

Case

Ⅴ

Case

Ⅵ

E-P의

표면 차

(시뮬 이션 결과)

지임피던스

(시뮬 이션

결과)

1 0062 0079 0032 1006 1205 167

10 0414 0404 0313 127 1328 179

100 2912 2973 251 4835 3995 455

1000 5487 5943 7647 14028 12438 1317

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

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[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

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InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

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[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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JapanVol9pp671～6761989

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[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

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[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

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Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

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GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

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Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-42-

43 형 구조체 A건축물의 지임피던스

431건축물 A의 개요

형 구조체 건축물에 한 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

제 건축되고 있는 2곳의 구조체 건축물을 측정 상으로 선정하 다

형 구조체 A는 경기도 성남시 분당구에 치하고 있으며 지면 이

660000로서 지하 35m(지하 7층)지상 1343m(지상 28층)의 규모

건축물이다구조물의 지방식은 그림 47의 도면과 같이 지그리드를 시

공하고 건축물의 구조를 이루는 철골과 철근을 지그리드에 기 으로

속하여 구조체 지시스템을 이루고 있다표 43은 건축물의 략 인

개요를 나타내고그림 47에 지시스템에 한 설계도를 나타내었다

표 43A건축물의 개요

Fig43SpecificationsofstructureA

구 분 내 용

지 치 경기도 성남시 분당구

지면 660000 (2000평)

연 면 10159892 (307875평)

층수

(최고높이)지하7층지상28층(1343m)

용 도 업무시설문화집회시설근린생활시설

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 30

지설비

지방식공통 지방식

Mesh225m x177mBC95

지 DAD 지 직선 (9m)x8sets30m천공

지 항 측정TERCA-2011Ω (200864)

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

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lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-43-

그림 47A건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig47AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureA

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

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[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

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PDVol17No42002

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MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-44-

432 형 구조체 A건축물의 지 항

A건축물이 시공된 지역의 지 항률은 400Ωㆍm에서 500Ωㆍm이고

길이 955m의 지망을 시설하 으며 지망 에 30m를 천공하여 9m

의 방사형 직선 8개를 지망에 연결하 다표 44는 A건축물의 지

에 한 설계사양을 나타낸다 지극을 시공한 후 시공사에서 측정한

지 항은 011Ω 이었으나보조 지 극이 모두 메시 극 내부에 치하

고 있기 때문에 정확한 지 항이라 할 수 없다때문에 본 연구에서는

실험계를 그림 48과 같이 구성하여 지 항을 측정하 다

표 44A건축물의 지시스템에 한 설계 사양

Fig44Designspecificationforthegroundingsystem ofthestructure

A

구 분 내 용

지분류 공통 지

지 항율 3975Ωㆍm 5045Ωㆍm 09m 깊이

지 방사형 직선 9m직선 9m

지반천공 30m

지 수량 8sets

지망 포설면 110m x51m -22m17m 간격

지망 포설길이 955m

구조체 지 20point

지 치 건물

요구 지 항 2Ω이하

계산된 지 항 195Ω

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

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SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

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theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

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[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

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[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

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7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

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JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

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[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

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[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

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Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-45-

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC

지 항측

P극

C극 65m

40m

35 m

지하 7층

EPC EPC

지 항측

그림 48A건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 48 Experimentalset-up for measuring ground resistance of

structureA

A 건축물의 지 항을 측정하기 해 인출선을 통하여 지그리드에

직 연결하여 측정하 으며건축물 외곽으로 보조 극을 설치할 수 있는

최 거리인 65m에 류보조 극을 설치하고 618인 40m에 보

조 극을 설치하 다측정된 지 항은 123Ω 으로서 설계시 요구되는

지 항인 2Ω 보다는 낮은 항값을 나타내었으나보조 극이 내부에

설치한 경우에 비해 10배 이상의 높은 항값이 측정되었다이러한 측정

결과는 41 에서 논의된 바와 동일하다

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

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[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

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SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

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theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

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[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

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[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

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PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

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[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-46-

433 형 구조체 A건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 지 임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해 그림 49

와 같이 측정계를 구성하 다 지 항 측정계와는 달리 두 측정선간의

자유도 작용을 최소화하기 해 류보조 극과 보조 극의 치를

90도 각도로 설치하 으며 류보조 극은 35m에 보조 극은 75m

거리에 주변공간을 최 한 활용하여 설치하 다인버터를 이용하여 1kHz

에서 1MHz까지 구형 류를 인가하 으며PC기반 측정기를 이용하여

인가되는 류와 보조 극과 구조체 지간의 차를 측정하 다

42 에서의 측정 방법과 동일하게 측정된 주 주 수 성분의 정 를 이

용하여 류와 차의 비로 임피던스를 측정하고 상차를 측정하여

항성분과 리액턴스성분을 분석하 다

P극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 mP극

35m

75m

C극

PC 측

인버터

지 하 7층 35 m

그림 49A건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig49Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureA

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-47-

그림 410은 류의 인가 치에 따른 건축물 A의 지임피던스 항성

분리액턴스 성분의 값에 한 주 수 의존성을 나타낸다그림 410

(a)의 경우 인출선을 이용하여 지그리드에 류를 인가한 경우이며그림

410(b)는 철골에 류를 인가한 경우의 실험결과를 나타낸다 지그리드

에 류를 인가한 경우 임피던스는 1kHz에서 162Ω을 나타내며 주 수

가 상승함에 따라 600kHz까지 격하게 증가하며 600kHz이상의 주 수

에서 격한 감소를 보이는 것으로 나타났다임피던스를 성분별로 살펴보

면 3kHz까지는 주 성분이 항성분으로 분석되나4kHz이상의 주 수

에서는 항성분은 상 으로 작아지고 리액턴스성분의 크기와 임피던스

의 크기가 거의 동일하게 측정되었다 한 600kHz이상의 주 수에서 리

액턴스성분이 음의 값으로 나타나 공진 상이 발생하는 주 수 역으로

단된다A건축물의 지그리드의 경우 지하 35m에 시공되었기 때문에

인출선을 통하여 지극에 류가 인가되어 지극으로 빠져나가는 류와

구조체를 흐르는 류 등으로 분기되기 때문에 나타나는 공진 상이라

단된다이러한 결과로 미루어 보아 인하도선이 지그리드에 연결된 경우

고주 를 포함하는 서지 류가 인하도선을 통하여 지그리드에 인가되게

되면 임피던스의 격한 증가 뿐 아니라 공진 상에 의해 지극의 임피던

스가 크게 증가하여 큰 피해를 가져올 수 있다고 단된다반면 그림 410

(b)의 경우처럼 구조체에 류를 인가한 경우 주 수가 증가하는 동안 임

피던스가 계속 증가하여 2MHz의 주 수에서 100Ω 까지 증가하 고공

진 상은 발생하지 않는 것으로 나타났다철골에 류를 인가한 경우도 5

kHz까지는 임피던스를 구성하는 주성분이 항성분이나 그 이상의 주

수에서는 임피던스의 크기와 리액턴스의 크기가 거의 동일하게 증가하여

임피던스를 증가시키는 주 원인이 리액턴스의 격한 증가 때문인 것으로

단된다철골에서 측정한 결과의 경우에도 뇌격 류의 주 수 범 인 수

십 kHz이상의 주 수에서 지임피던스가 상용 주 수의 지 항보다 10

배 이상 크게 나타나고80kHz이상의 주 수에서 10Ω이상 증가하 으

며 2MHz에서 100Ω 정도로 격하게 증가하 다

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

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2008

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-48-

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

1E+03

1E+04

1E+ 02 1E+ 03 1E+04 1E+05 1E+ 06 1E+ 07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

10 0

10 1

10 2

Z

R

X (

Ω)

10 3

10 4

(a)인출선을 이용한 지그리드에 류를 인가한 경우

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

001

01

1

10

100

1000

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-2

10-1

100

101

Z

R

X (

Ω)

102

103

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 410A건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 410 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure A according to the

injectionpointoftestcurrent

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

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90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

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[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

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TransonPASVol100No4pp1918-19221981

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Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

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System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

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Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

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ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

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-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-49-

주 수에 따른 회로성분의 분석결과와 마찬가지로 형 구조체 지임피

던스의 주 수 의존성은 그림 411에 나타낸 각각의 류 주입 에서 주

수에 따른 상차를 통해 분석된다 지그리드에 류를 인가한 경우와

철골에 인가한 경우 모두 1kHz이상의 주 수에서 이미 류와 의

상차가 10 이상 차이가 나고 80에 이르기까지 격하게 증가하는 것으

로 나타났다이것은 지임피던스 증가의 주 원인이 수 kHz이상에서 리액

턴스 성분의 향이 크게 나타나기 때문인 것으로 분석된다 지그리드에

류를 인가한 경우 400kHz이상의 주 수에서 리액턴스의 부호가 바

것과 마찬가지로 상의 부호가 변하여 이 주 수 역에서 공진이 발생

하는 것으로 분석된다

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

-100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

80

100

1E+ 02 1E+03 1E+04 1E+ 05 1E+ 06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 411A건축물의 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig411FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureA

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

pp6715-1〜41995

[5]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

onPASVol100No4pp1918〜19221981

[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-50-

44 형 구조체 B건축물의 지임피던스

441건축물 B의 개요

형 구조체 지임피던스의 주 수 의존성 분석을 해 선정한 구조체

건축물 B는 지면 14946m2지하 7m(지하 1층)지상 70m(지상 13

층)규모의 형 건축물로서 철골철근콘크리트조 구조의 건축물이다이 건

축물의 경우 완공 후 산센터 등으로 활용될 정이기 때문에 고주 를

포함하는 서지가 침입하는 경우에 한 지임피던스의 평가가 반드시 이

루어 져야 한다본 논문의 측정 상인 구조체 건축물 B에 한 주요 시방

서와 설계도를 표 45와 그림 412에 나타내었다이 건축물의 설계도는 그

림 412에서 처럼 L자 모양을 이루고 있으나 아직 공정율이 50로서 그

림 412의 선을 경계로 오른쪽은 2단계 공사인 계로 공사가 이루어

지지 않아 지 극의 형상은 왼쪽 부분의 직사각형 모양을 이루고 있다

표 45B건축물의 개요

Fig45SpecificationsofstructureB

구 분 내 용

지 치 서울시 천구 가산동

지면 149460 (45291평)

연 면 746831 (2263124평)

층수(최고높이) 지하1층 (7m)지상13층 (699m)

용 도 아 트형공장 산센터

구 조 철골철근콘크리트조

공 정 율 50

지설비

지방식공통 지방식

Mesh167m x157mBC95

지 탄소 지 26sets

지 항측정TERCA-2001Ω (2008519)

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

13

14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

pp6715-1〜41995

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theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

onPASVol100No4pp1918〜19221981

[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-51-

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6

Y 7

Y 8

Y 9

Y10

Y

Y

Y

Y

Y

11

12

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14

15

1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEV

미시공 역

1

PIT층 MESH 접지설비 평면도SC ALE 1 300

경유 탱크 A 경유 탱크 B(1400 0리 터) (14000리터)

Y 1

Y 2

Y 3

Y 4

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Y 6

Y 7

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Y

Y

Y

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Y

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1110 12 13X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9

ELEVPIT

PIT

X X X X

ELEVPIT

ELEVPIT

ELEVPIT

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ELEV

미시공 역

그림 412B건축물의 지그리드에 한 설계도

Fig412AdesigndrawingforthegroundinggridofstructureB

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

pp6715-1〜41995

[5]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

onPASVol100No4pp1918〜19221981

[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-52-

442 형 구조체 B건축물의 지 항

431 의 A건축물의 지 항 측정과 마찬가지로 B건축물의 지 항

을 측정하기 해 강하법을 사용하 으며그림 413에 나타낸 바와 같

이 가용한 공간을 최 한 활용하여 류보조 극의 거리를 구조체로부터

41m에 설치하고 618 치인 25m에 보조 극을 설치하여 지

항을 측정하 다A건축물의 지 항은 041Ω으로 측정되었으며 지

시공사에서 측정한 결과인 001Ω과는 40배 이상의 상당한 차이를 나타냈

다앞서 41 의 지그리드의 지 항 측정과 마찬가지로 지그리드 내

부에 설치된 보조 극을 기 으로 한 잘못된 측정방법에서 기인된 결과라

단된다

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC

지 항측

P극

C극 41m

25 m

지하 1층(지하 10 m)

EPC EPC

지 항측

그림 413B건축물의 지 항 측정을 한 실험계

Fig 413 Experimentalset-up formeasuring ground resistance of

structureB

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

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1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

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1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

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Z

R

X (

Ω)

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1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

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101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

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1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

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1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

pp6715-1〜41995

[5]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

onPASVol100No4pp1918〜19221981

[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-53-

433 형 구조체 B건축물에 한 지임피던스의 주 수

의존성

형 구조체 건축물 B의 지임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 해

그림 414와 같이 실험계를 구성하 다구조체 건축물의 모퉁이를 기 으

로 하여 류보조 극과 보조 극을 41m 거리에 90 각도로 하여 측

정을 하 다B건축물의 경우 지하 5m에 지그리드가 시공되어 있어

인출선 없이 류의 인가가 가능하 으며A건축물과 같이 지그리드에

류를 인가한 경우와 철골에 류를 인가하는 경우로 실험계를 구성하

고 동일한 측정시스템을 사용하 다

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

P극

C극

41m

41m

지하 1층(지하 10 m)

PC 측

인 버터

그림 414B건축물의 지임피던스의 주 수 의존성 측정을 한 실험계

Fig414Experimentalset-upforevaluatingthefrequencydependance

ofgroundimpedanceofstructureB

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

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[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

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pp6715-1〜41995

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1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

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7～3761988

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JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

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[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

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-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

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TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

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pp80～20002000

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Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-54-

그림 415는 구조체 건축물 B의 임피던스와 항성분리액턴스 성분의

주 수의존성에 한 결과를 나타낸다그림 415(a)의 지그리드에 류

를 인가한 경우 1kHz에서 지임피던스와 항성분의 크기가 거의 동일

하며 리액턴스성분이 0에 가깝게 나타났다 하지만 3kHz이상의 주 수에

서부터 주 수가 상승함에 따라 임피던스와 리액턴스 성분의 크기가 거의

동일하게 나타났으며 항성분은 임피던스의 반이하의 크기로 나타났다

건축물 B의 경우 주 수가 상승하여도 공진 상이 나타나지 않았으며 1

MHz의 주 수에서 43Ω으로 지임피던스가 크게 상승하지 않는 것으로

나타났다이러한 결과는 실제 A건축물에 비해 B건축물의 지 항이 낮

을 뿐 아니라 지하 5m 깊이밖에 되지 않아 메시 지극에 인출선없이 직

류를 인가할 수 있었기 때문이라 단된다그림 415(b)의 류를

철골에 인가한 경우의 지임피던스는 1MHz에서 약 90Ω까지 상승하여

지그리드에 류를 인가하 을 때보다 크게 나타났으나 100kHz까지는

10Ω 정도의 항을 보여 지그리드에 류를 인가한 경우와 유사한 결

과를 나타내었다철골에 류를 인가한 경우 지그리드에 류를 인가했

을 때 보다 항성분이 차지하는 비율은 작게 나타났으나리액턴스의 비

율이 더욱 크게 나타났다100kHz이상의 주 수에서 철골에 류를 인가

한 경우와 지그리드에 직 인가한 경우의 차이는 류가 흐르는 통로가

되는 인덕턴스성분의 차이에서 나타나는 것으로 단되며 기타 본딩과 같

이 의 항이나 커패시턴스 등과 같은 회로정수의 추가로 인한 차이

로 단된다

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

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1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

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100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

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70

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90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

pp6715-1〜41995

[5]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

onPASVol100No4pp1918〜19221981

[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-55-

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(a) 지그리드에 류를 인가한 경우

01

1

10

100

1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

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Z

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X (

Ω)

01

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1E+02 1E+03 1E+ 04 1E+05 1E+06 1E+07

임피던스

항

리액턴스

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

10-1

100

101

102

Z

R

X (

Ω)

(b)철골에 류를 인가한 경우

그림 415B건축물에서 류 인가 치에 따른 지임피던스 항리액

턴스성분의 주 수 의존성

Fig 415 Frequency dependance ofground impedance resistive

reactive components of structure B according to the

injectionpointoftestcurrent

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

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1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

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시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

pp6715-1〜41995

[5]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

onPASVol100No4pp1918〜19221981

[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-56-

건축물 B의 류인가 에 따른 상차의 주 수 의존성을 분석해 보면

그림 416과 같이 지그리드와 철골에 류를 인가한 경우 모두 1kHz의

주 수에서 이미 20 정도의 상차를 보이는 것으로 나타났으며 지그리

드에 류를 인가한 경우가 철골에 인가한 경우에 비하여 20kHz까지 더

욱 큰 상차를 보인다하지만 20kHz를 넘는 주 수에서 철골에 인가한

경우의 상차가 더욱 크게 나타났으며이러한 결과는 건축물 A와 마찬가

지로 철골에 류를 인가한 경우 류가 흐르는 길이가 격하게 증가하면

서 늘어나는 인덕턴스 성분에 의한 것으로 단된다

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

시

철골

102 103 104 105 106 107

주파수 (Hz)

위상

차(

)

그림 416B건축물에서 류 인가 치에 따른 상차의 주 수 의존성

Fig416FrequencydependanceofphasedifferenceofstructureB

accordingtotheinjectionpointoftestcurrent

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

pp6715-1〜41995

[5]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

onPASVol100No4pp1918〜19221981

[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-57-

제 5장 결 론

보조 극의 치와 류 주입 에 따른 규모 구조체 지 항과 지

임피던스의 주 수 의존성을 평가하기 한 연구을 수행한 결과 다음과 같

은 결론을 얻었다

1 재 우리나라에서 일부 시공사들이 형 구조체 지극의 지 항

측정을 해 보조 극을 지그리드 내부에 설치하고 있으며 이러한

경우 실제 지 항에 비해 10-40배 가량 작은 값이 측정되었다

2 형 구조체 지극의 지 항의 측정을 해 이론 으로 요구되는

거리를 떨어뜨릴 수 없다 하더라도 반드시 보조 극을 건축물 외곽에

시공해야 하며 류보조 극의 618 거리에 보조 극을 시공

하는 것이 정확한 지 항을 측정을 해 필요하다

3 형 구조체 지임피던스의 측정을 해 보조 극을 지극의

상승의 향이 미치는 외부에 90로 설치한 경우 10kHz이하의 낮은

주 수에서는 분포 향에 의한 오차가 발생하나 주 수가 상승

함에 따라 지극의 유효면 의 감소효과로 인해 임피던스가 상승하

고 상 으로 임피던스 측정에 한 오차율은 감소하는 것으로 단

된다

4주변 공간이 소한 도심지에 시공되고 있는 형 구조체 건축물의 정

확한 지 항 임피던스 측정을 한 새로운 기법 개발에 한 지

속 인 연구가 필요하다

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

pp6715-1〜41995

[5]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

onPASVol100No4pp1918〜19221981

[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-58-

참 고 문 헌

[1]IEEEStd81-1983IEEEGuideforMeasurementEarthResistivity

Ground Impedance and Earth Surface Potentials ofa Ground

Systempp16-241983

[2]IEEE Std812-1991IEEE GuideforMeasurementofImpedance

and Safety Characteristics ofLarge Extended orInterconnected

GroundingSystemspp6-131991

[3]TTA StdTechnicalStandardfortheMeasurementsofGrounding

Resistance)pp5-202004

[4]JBBogenspergerJFreiandSPackResistanceofGrounding

SystemsStationaryandTransientBehaviorProc9thISH Conf

pp6715-1〜41995

[5]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

theMeasurementofPowerSystem GroundImpedanceIEEETrans

onPASVol100No4pp1918〜19221981

[6]三谷弘ldquo接地抵抗 特性と測定法rdquo日本電氣設備學 誌pp871-877

1990

[7]WCHartandEWMaloneLightningandLightningProtection

InterferenceControlTechnologiesIncGainesvilleVirginiapp36

7～3761988

[8] T Takahashi A PartofGrounding for Lightning Protection

TechniqueJoftheInstituteofElectricalInstallationEngineersof

JapanVol9pp671～6761989

[9]ARousseauPGruetPracticalhighfrequencymeasurementofa

lightningearthingsystem2004ICLP pp526-5302004

[10]Stanislaw WojtasEvaluationoflightningprotectionearthingsby

theirfrequencyandimpulseproperties2008ICLPpp730-733

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-59-

2008

[11]IDLuRMShierApplicationofaDigitalSignalAnalyzerto

the Measurement ofPower system Ground Impedance IEEE

TransonPASVol100No4pp1918-19221981

[12]ADPapalexopoulosAPMeliopoulosFrequencyDependent

CharacteristicsofGrounding SystemIEEE Transon PDVol

PWRD-2No4pp1073-1081

[13]이복희이승칠도서출 의제ldquo지의 핵심 기 기술rdquopp179-190

1999

[14]ldquoIEEE GuideforSafetyinAC SubstationGroundingrdquoIEEE Std

pp80～20002000

[15]VAmorusoMSavinoforand MSylosLabinildquoAnalysisof

Large Grounding Systems for Earth-resistance Measurements in

Two-layersoilsIEEProceedingsVol136No3pp182～1941989

[16]AVMachiasENDialynasandCAProtopapasldquoAnExpert

System Approach to Designing and Testing Substation Grounding

GridsIEEETransVolPD-4No1pp234～2401989

[17]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

Member IEEE Extended Analysis of Ground Impedance

MeasurementUsingtheFall-of-PotentialMethodIEEETranon

PDVol17No42002

[18]JinxiMaSeniorMemberIEEEandFaridPDawalibiSenior

MemberIEEEInfluenceofInductiveCouplingBetweenLeadson

Ground Impedance Measurements Using the Fall-of-Potential

MethodIEEETranPDVol16No42001

[19]LorentzouMIHatziargyriouNDEffectiveDimensioningof

ExtendedGroundingSystemsForLightningProtection25thICLP

pp435-4392000

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-60-

[20]HGriffithsAMDaviesEffectiveLengthofEarthElectrodes

under High Frequency and Transient Conditions 25th ICLP

pp469-4712000

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌

-61-

감사의

학 생 을 하여 과거의 나태했 생을 이켜보고 향 일생을 보냄에

있어 좋은 습 을 를 수 있어 다시 한층 숙해 수 있었습니다 든 들께

한 씩 찾아 하고 이 게 으 나마 감사의 인사를 드리고자 합니다

저 논문이 자상하게 인 해 주시고 연 향에 하여 넓은 안

으 키 주시 큰 가르침을 주신 이복희 수님께 심으 은 감사를 드

립니다 항상 에 책을 놓 않고 열정적으 연 에 매 하시는 수님을

보 존경심과 저에 한 족함을 많이 아보게 었습니다 그리고 쁘

신 가 논문심사를 해주신 수님과 신 균 수님께 감사 드립니다

항상 열정을 다해 실험을 같이 해주고 논문의 이 적 정립을 위해 샘을 마

다하 않은 종 이 고전압 연 실 학 들(수 이 건 승주 정

정철 철 등)에게 다시 한 고마 마음을 전합니다

든 일을 한 처럼 위하고 수 하 고생한 실험실 동 인 유양

실장님 안상 상무님 그리고 유동 사장 그 동안 수고했고 심으 감사 드

립니다 그리고 2년 동안 같이 수학한 동 들(양 남 조 식 식 조 식)

과 인복 동문 의 님들 히 좋은 추억으 간 하고 앞으 항상

건강하고 행복하 를 하겠습니다

또 학 학 등 사의 무사히 졸업할 수 있 을 주신

한미파슨스 종 사장님 민재일 상무님 이하 계 들 수업이 있는

일마다 해 주신 단장님 이하 장 들 그 동안 죄 했고 앞으

수 하는 업무수행과 단합을 위하여 헌신 하겠습니다

마 막으 항상 자식 걱정인 어 니 학위과정 내내 적극적으 물심양

해주고 이해 해 한 아내 연숙 그리고 많이 같이 시간을 보내주

한 림 헌이한 미안하고 사랑하는 마음을 전합니다

2009년 2

이경 림

• 제 1 장 서론
• • 11 연구 배경 및 필요성
  • 12 연구 목적 및 내용
  • • 제 2 장 관련 이론
    • • 21 구조체 접지
      • • 211 구조체 접지의 개념
        • 212 건축물 구조체의 접지저항
        • • 22 접지저항 측정방법
          • • 221 2전극법
            • 222 3전극법
            • 223 전위강하법
            • 224 전위강하법에서 접지저항 측정시 전위보조전극의 위치선정
            • • 23 접지임피던스의 측정방법
              • • 제 3 장 측정계의 구성 및 방법
                • • 31 측정계 구성
                  • • 311 접지저항 측정기
                    • 312 인버터 기반 접지임피던스 측정기
                    • • 32 실험방법
                      • • 제 4 장 결과 및 고찰
                        • • 41 보조전극의 위치에 따른 접지저항 측정
                          • 42 보조전극의 위치에 따른 접지임피던스의 주파수 의존성
                          • 43 대형 구조체 A 건축물의 접지임피던스
                          • • 431 건축물 A의 개요
                            • 432 대형 구조체 A 건축물의 접지저항
                            • 433 대형 구조체 A 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                            • • 44 대형 구조체 B 건축물의 접지임피던스
                              • • 441 건축물 B의 개요
                                • 442 대형 구조체 B 건축물의 접지저항
                                • 433 대형 구조체 B 건축물에 대한 접지임피던스의 주파수 의존성
                                • • 제 5 장 결론
                                  • 참고문헌