접속방식에 따른 접지도체 굵기 산정에 관한 연구 = (A) Study on the calculation of the grounding conductor size by connection types

국문 초록 (Abstract)

전원설비를 비롯한 전기회로로 구성된 회로나 구조물등에 있어서 접지 시스템을 구축하는 궁극적인 목적은 강전용이거나 약전용이거나 또는 보안용이거나 기능용이거나 모두 사람에 대해 혹은 전기, 전자, 컴퓨터, 정보통신설비 상호간에 대해 안전성은 물론 안정한 동작을 확보하기 위한 수단을 강구하는 것이다 특히, 최근 건축물 시스템은 고층화, 대형화, 인델리전트화를 통한 전력을 공급하는 전원설비, 변전·배전설비 및 정보통신설비, 전산시스템, OA기기 그리고 보안 및 방범설비, 빌딩관리 시스템, 통합 감시 제어 시스템등 다양한 설비가 혼재되어 설치 운영되고 있어 안전성과 신뢰성이 바탕이 되는 시스템을 구축하여야 한다. 이러한 시스템의 안전성과 신뢰성을 확보하기 위하여 필수적으로 요구되는 것 중 하나가 접지 시스템 설비이다.
접지시스템 설비의 근본적인 목적은 내부고장이나 외부의 낙뢰 등에 의해 접지전류가 흐를 때 대지표면의 전위상승을 억제하여 감전사고와 기기의 손상을 방지하여 전기설비의 기능향상은 물론 안전성을 확보하는 것이다. 접지시스템의 안전하고 효율적인 구성을 위해서 필수적으로 요구되는 것 중 하나가 접지도체의 굵기 산정이다. 접지도체의 굵기는 굵은 것이 이상적이나 실제적으로 불가능 하므로 접지도체에 접속된 장비나 설비에 영향이 미치지 않는 범위 내에서 접지도체의 굵기를 선정하는 것이 필요하다. 접지도체의 굵기를 결정하는 국외 규격은 재료의 특성값인 물리적 정수까지 적용하여 광범위하게 적용할 수 있는 반면 수식이 복잡한 문제점이 있고 JIS와 국내규격은 수식은 간단하나 제약조건이 많은 문제점이 있으므로 이러한 문제점을 해결하기 위한 새로운 접지도체 굵기 산정 방식이 반드시 필요하다.
또한, 접지도체의 접속방법에 따라 최대허용온도가 다르게 적용되므로 접지도체 굵기 산정 방식이 복잡하고 적용 방법이 상이하여 시공 현장에서 엔지니어들이 적용하는데 많은 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 다음과 같은 항목을 연구하고 제안하였다.
1. 새로운 접지도체 굵기 산정방범 제시
국내·외 접지도체 굵기 계산식에 대한 비교·검토를 하고 최소 자승법과 각 구간별 기울기, 도체전류 분류율을 이용하여 새로운 접지도체 굵기 산정방법을 제시하였다.
2. 새로운 접지도체 굵기 산정방범 타당성 입증·분석 모델링한 수식과 국외의 규정을 온도변화에 따라, 고장전류크기 변화에 따라, 고장지속시간면화에 따라 비교하여 새로운 접지도체 굵기 산정방법의 타당성 입증하고 분석하였다.
3. 접속방식에 따른 접지도체 굵기 산정방법의 간이식 계시
압축접속방식, 경납땜방식, 발열용접방식과 같은 접속방식에 따른 접지도체 굵기 산정방법의 간이식을 제시하였다.
4. 접속방식에 따른 간이식의 타당성 입증·분석
본 논문에서 제안한 간이식과 ANSI/IEEE 정식, JIS 정식, 본 논문에서 제안한 정식을 고장전류크기변화에 따라, 고장지속시간변화에 따라 비교하여 접속방식에 따른 간이식의 타당성 입증하고 분석하였으며 사례연구를 통해 검증 하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The ultimate purpose of constructing the connection Types for circuits or structures made of electrical circuits including electrical source equipment is to study the means to secure safe movements, not to mention the safety to a man or between electrical, electronic, computer and information telecommunication equipment, regardless whether it is strong electrical usage or weak electrical usage, or it is for safety or for function. Especially, recent structure systems must have a system that is based on security and trust because numerous items are installed and operated such as power equipment,
power transfer, power distributor, information telecommunication equipment, combined surveillance control system due to ideas of higher, larger and more intelligent. In order to ensure the safety and trust, one of the absolute necessary items is grounding system equipment.
The underlying purpose of grounding system equipment is to secure safety, not to mention the development of functionality of electrical equipment by preventing shorts and equipment damage by restraining upward electrical potential from the ground when there is an internal malfunction or external thunder One of the necessary items for the construction of safe and efficient grounding system is the determination of grounding's thickness. Grounding conductor's thickness is more ideal when the conductor is thick, but since it is impossible in reality to make them thick, it is needed to determine the thickness of the conductor within the range where it does not affect the connected equipments or items. The international standard to determine the thickness of the conductor can be applied for a wide range of items, because it incorporates the specific physical numbers, but it has the problem of having complex equations. However, the JIS and domestic equations are simple but have many constraints, so in order to solve such problems there is an absolute need for new grounding conductor thickness determination equation.
Also, according to the connection method of the grounding conductor, the maximum allowed temperature is applied differently, and the determination of grounding conductor thickness equation is complex and application is difficult. So, there is much difficulty for the constructors at the actual construction site. Therefore, in this study, we researched and suggested the following items.
1. Presentation of new grounding conductor thickness determination method
By comparing and checking the domestic and international grounding conductor calculation method, minimum exponents method and using the tiltness of each sector, and the ratio of electricity potential of a solid item, new grounding conductor thickness determination method is presented.
2. The analysis of applicability of the new grounding conductor thickness determination method
By comparing the modeled equations and the international standard according to temperature change, electric potential amount change and constant time change, the applicability of the new grounding conductor thickness determination method is analyzed.
3. Presentation of simple grounding conductor thickness determination method according to connection method
According to connection methods such as compressed connection method, soldering method, heat connection method, simple equation of grounding connection determination method is presented.
4. The analysis of simple equations according to the connection method
By comparing the simple equations suggested in this study, ANSI/IEEE equation, JIS equation, equation suggested in this study according to potential amount change, constant time change, the applicability of simple equations according to connection method is analyzed and proved by case studies.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 = ⅰ
• 목차 = ⅲ
• 표목차 = ⅶ
• 그림목차 = xi
• 기호 및 약호 = xv
• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구의 배경과 필요성 = 1
• 1.2 연구 범위와 내용 = 3
• 제2장 접지설비의 기본개념 = 5
• 2.1 접지설비의 목적 = 5
• 2.2 접지설비의 구성 = 8
• 2.2.1 접지방식의 형태 = 8
• 2.2.2 공통접지 = 9
• 2.2.3 독립접지 = 14
• 제3장 접지도체 굵기 산정 방법 = 17
• 3.1 접지도체 굵기 계산식 = 17
• 3.1.1 국내ㆍ외 규격 비교 = 17
• 3.1.2 ANSI/IEEE Std. 80 = 18
• 3.1.3 IEC pub. 60364-5 = 20
• 3.1.4 일본 규격 (JIS) = 22
• 3.1.5 전기설비기술기준 (내선규정포함) = 24
• 3.1.6 한국산업규격 = 24
• 3.2 접지도체 굵기 제안식 모델링 = 27
• 3.2.1 접지도체 굵기 제안식 흐름도 = 27
• 3.2.2 접지도체 끓기와 접지도체에 흐르는 전류 = 28
• 3.2.3 A, I와 고장지속시간 = 30
• 3.2.4 도체 재질에 따른 비례상수 = 32
• 3.2.5 A, I, t_(c)와 최대허용온도, 주위온도 = 32
• 3.2.6 도체 전류 분류율 (α) = 35
• 3.2.7 접지도체 굵기 제안식 = 37
• 3.3 접지도체 계산식과 제안식과의 비교 = 38
• 3.3.1 온도변화에 따른 비교 = 38
• 3.3.2 고장지속시간변화에 따른 비교 = 40
• 3.3.3 고장전류크기변화에 따른 비교 = 41
• 3.4 접속방식에 따른 접지도체 굵기 간이식 = 42
• 3.4.1 압축접속방식 = 42
• 3.4.2 경납땝방식 = 45
• 3.4.3 발열용접방식 = 48
• 3.4.4 접속방식에 따른 사용도체 재질의 비례상수 = 51
• 3.5 접속방식에 따른 접지도체 굵기 비교 = 52
• 3.5.1 압축접속방식의 비교 = 52
• 3.5.2 경납땝방식의 비교 = 57
• 3.5.3 발열용접방식의 비교 = 61
• 제4장 사례연구 = 65
• 4.1 접지도체 굵기 제원 = 65
• 4.2 접지도체 굵기 계산 = 66
• 4.2.1 단계 1 (현장 자료조사) = 66
• 4.2.2 단계 2 (접지도체 굵기 산정) = 66
• 4.3 접지도체 굵기 검토 = 73
• 제5장 결론 = 75
• 참고문헌 = 78
• 부록 A. 접지시스템의 접속 및 접합 = 80
• 부록 B. 각 도체재질에 따른 비례상수(K) = 93
• 부록 C. 압축접속방식의 접지도체 굵기 비교 = 102
• 부록 D. 경납땜방식의 접지도체 굵기 비교 = 116
• 부록 E. 발열용접방식의 접지도체 굵기 비교 = 130
• Abstract = 144
• 감사의 글 = 147
• 동의서 = 149