접지전극 집합효과

접지전극 집합효과란

접지전극 집합효과는 병렬로 설치한 접지전극의 전류 경로가 겹치는 현상이다.

전극 하나의 저항이 100Ω이라도 두 개를 병렬로 붙이면 50Ω보다 커진다.

두 전극이 주변 흙의 같은 전류 통로를 나눠 쓰기 때문이다.

상호저항과 집합효과

상호저항은 한 전극의 전류가 다른 전극의 전위를 올리는 저항이다.

합성 저항은 각 전극의 자기저항과 상호저항이 함께 결정한다.

정식으로는 R1/n보다 커지는 정도를 집합계수 η로 나타낸다.

집합계수 정의

집합계수 η는 단독 저항을 n으로 나눈 값과 합성 저항의 비다.

η는 0보다 크고 1 이하이며, 집합효과가 없으면 정확히 1이다.

집합효과가 커질수록 η는 1보다 작아져 저항 감소폭이 줄어든다.

반구형 전극 η 유도

반경 r인 반구형 전극 두 개를 간격 d로 흙 속에 설치한다고 하자.

단독 저항은 ρ/(2πr)이고, d가 r보다 충분히 크면 상호저항은 ρ/(2πd)로 근사한다.

두 전극의 전위가 같으므로 병렬 합성 저항은 두 저항의 평균이 된다.

정리하면 η는 d/(d+r)이다. 이 식이 두 전극 경우의 핵심이다.

간격에 따른 η 변화

간격 d가 반경 r과 같으면 η는 0.5이고, 10배이면 약 0.91이다.

간격이 넓을수록 η가 1에 가까워져 전극끼리 전류 경로가 덜 겹친다.

간격이 좁으면 η가 작아져 전극을 늘려도 저항이 비례해 줄지 않는다.

설계 절차와 합성저항

설계는 대지 저항률을 측정해 단독 접지저항을 먼저 구하는 것에서 시작한다.

다음으로 간격 d를 정해 η를 구하고 R합성 = R단독/(nη)로 계산한다.

목표 저항 이하가 아니면 간격을 다시 정하거나 전극을 추가한다.

정리와 시험 포인트

정리하면 집합효과는 병렬 접지극의 전류 경로가 겹쳐 생기는 현상이다.

앞 문제의 정답은 0.8이다. d가 4r이면 η는 4/5가 된다.

전극 수보다 간격을 먼저 확보하는 것이 접지 설계의 기본이다.