대지저항률 영향요인

왜 배우는가: 대지저항률은 접지저항의 크기를 결정하는 가장 기본 입력값이다. 접지설계 순서에서 토양 조사와 접지극 형상 결정의 출발점이 되므로 실무에서 반드시 파악해야 한다. 시험에서는 정의와 영향요인을 묻는 문제가 여러 회차에 반복 출제되어 기초 개념으로 자주 나온다.

출제 이력: 제134회 4교시 3번, 제108회 3교시 4번, 제96회 4교시 4번, 제90회 1교시 7번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 대지저항률은 단위 체적의 흙이 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 고유값으로, 단위는 Ω·m이다.

핵심 키워드

• 대지저항률(Soil Resistivity)
• 고유저항(Specific Resistance)
• 토양 수분 함량
• 토양의 종류
• 온도 및 계절 영향
• 용존 염류(Dissolved Salts)
• 위너 4전극법(Wenner Four-Electrode Method)
• 접지저항 설계

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 대지저항률은 땅이 전기를 얼마나 잘 흘려보내지 않는지를 나타내는 값이다. 값이 작으면 땅이 전류를 잘 통과시키고, 값이 크면 땅이 전류를 막는다. 접지극은 이상전류를 대지로 흘려보내는 설비이므로, 땅의 이 성질이 접지저항을 직접 좌우한다.

정식 정의는 다음과 같다. 대지저항률은 접지전극과 떨어진 원격 지점 사이의 옴 저항을 기준으로 정의되는 흙 고유의 비저항이며, 단위는 Ω·m(또는 Ω·cm)이다. 두 전극 사이의 거리가 충분히 멀어 상호저항이 0이 되는 지점을 기준으로 삼는다.

흙의 종류는 흙 입자 사이의 전도 경로를 결정한다. 점토나 늪지처럼 세립토는 입자 표면 전하와 간극수가 함께 전기 통로가 되어 저항률이 낮다. 반면 암반처럼 입자가 치밀하고 간극수가 적은 흙은 저항률이 매우 크다.

간극수와 수분은 흙에서 전기가 흐르는 주된 경로다. 모래에서는 간극수만이 전도 경로가 되고, 점토에서는 간극수와 표면 전하 입자가 함께 경로가 된다. 따라서 함수량이 늘면 저항률은 줄어든다.

온도는 토양의 전도 특성을 바꾼다. 금속은 온도가 낮아질수록 저항률이 줄지만, 토양은 온도가 낮아지면 저항률이 커지는 반도체와 유사한 거동을 보인다. 얼어서 간극수가 얼음으로 바뀌면 전도 경로가 사라져 저항률이 급증한다.

용존 염류는 간극수에 녹은 이온의 농도에 따라 전도도를 높인다. 염류 농도가 높을수록 저항률은 낮아지며, 해수나 염분이 섞인 토양이 대표적인 저저항 환경이다.

입자 크기와 조밀도는 간극의 양과 연결성을 바꾼다. 입자가 조밀하면 간극수가 줄어 저항률이 커진다.

3. 등장 배경과 필요성

접지설계는 이상전류를 대지로 안전하게 방류하고 인체에 위험한 접촉전압과 보폭전압을 억제하는 것을 목표로 한다. 이 목표를 달성하려면 접지저항의 목표값을 정하고 접지극의 형상과 개수를 결정해야 한다. 접지저항은 대지저항률에 비례하므로, 설계 이전에 현장 대지저항률을 알아야 설계값이 성립한다.

대지저항률은 현장마다 크게 다르다. 같은 부지에서도 깊이와 층에 따라 값이 달라지므로 한 개의 대표값으로 설계하면 과소 또는 과대 설계가 생길 수 있다. 그래서 측정으로 지층 구조를 파악하고 그에 맞춰 접지극을 배치한다.