대지저항률 측정

왜 배우는가: 대지저항률은 접지저항과 접지설계의 기초 입력값이며, 접지 시스템의 안전성과 설계 정확도를 좌우한다. 측정 방법과 영향 요인은 기술사 시험에서 정의·측정법·요인을 묶어 반복해서 출제되는 항목이다.

출제 이력: 제131회 3교시 1번, 제129회 1교시 5번, 제112회 1교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

대지저항률은 흙이나 암반 등 대지 재료가 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 고유 비저항으로, 단위는 Ω·m이다.

대지저항률은 물질의 고유 성질이므로 전극의 크기나 측정 조건에 관계없이 같은 값을 가진다. 이 점에서 전극 상호 간 저항인 접지저항과 구별된다. 접지저항은 대지저항률에 비례하는 값이므로, 대지저항률을 먼저 알아야 접지극의 규모와 매설 깊이를 정할 수 있다.

키워드 목록

• 대지저항률(Soil Resistivity, ρ)
• 고유저항(Specific Resistance)
• Wenner 4전극법
• 접지저항(Grounding Resistance)
• Ω·m
• 수분 함량
• 토양 온도
• ρ-a 곡선

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 대지저항률은 땅이 전기를 얼마나 잘 흘려보내지 못하는지를 나타내는 값이다. 값이 작으면 땅이 전류를 잘 흘리고, 값이 크면 전류가 잘 퍼지지 않는다.

정식 정의는 다음과 같다. 대지저항률은 비저항(Resistivity)의 한 종류로, 도전율의 역수다. 비저항은 같은 물질이면 물체의 크기와 관계없이 같은 값을 갖는 세기 변수다. 따라서 대지저항률은 땅의 종류와 상태에 따라 정해지는 물성이다.

접지 설계에서 대지저항률이 중요한 이유는 접지저항이 대지저항률에 좌우되기 때문이다. 접지극의 치수가 같더라도 대지저항률이 크면 접지저항이 커지고, 이상전류를 대지로 방류하는 능력이 떨어진다. 그래서 설계에 앞서 현장의 대지저항률을 측정하고 지층 구조를 해석한다.

핵심 용어를 정리하면 다음과 같다.

• 대지저항률: 대지 재료의 고유 비저항이다. 단위는 Ω·m를 쓴다.
• 접지저항: 접지극과 대지 사이의 저항이다. 대지저항률과 접지극 형상에 따라 결정된다.
• 고유 대지저항: 접지전극과 저항이 0인 원격 전극 사이의 저항을 기준으로 정의하는 대지저항 개념이다.

3. 등장 배경과 필요성

전력 설비가 커지고 고장전류가 증가하면서 접지 설계의 정확도 요구가 높아졌다. 접지가 불량하면 인축의 감전 위험과 설비의 절연 파괴 위험이 커진다. 따라서 접지 설계는 토양 특성을 먼저 파악하고, 최대 고장전류를 정해 소요 접지저항을 정하는 순서로 진행한다.

이 과정에서 대지저항률 측정이 출발점이 된다. 접지 설계 절차는 토양 특성 검토, 최대 고장전류 결정, 소요 접지저항 결정, 접지방식 선택, 전위경도 검토, 인근 설비 영향 검토 순으로 이루어진다. 대지저항률 측정값이 없으면 앞 단계를 정량적으로 수행할 수 없다.

대지저항률은 변전소 접지, 송전철탑 접지, 피뢰설비 접지, 고압·특고압 설비의 접지 설계에 공통으로 쓰인다. 또한 지층 구조를 추정하는 지구물리 탐사에서도 같은 원리의 전기비저항 탐사가 활용된다. 측정 방법은 접지 설계 목적에 따라 2전극법, 4전극법, 간이 측정법 등으로 나뉘며, 현장에서는 정확도가 높고 간편한 4전극법을 가장 많이 사용한다.