대지 비저항

1. 대지 비저항의 정의

대지비저항은 대지고유저항이라고도 하는데, 단일 성분의 토양에 대해서는 대지 고유저항이라는 용어를 사용할 수 있지만, 실제로는 여러 종류의 토양이 혼합되어 대지를 이루고 있기 때문에 대지비저항이라는 용어를 사용하는 것이 더욱 적합하다고 생각된다. 또한, 대지비저항은 대지도전율의 역수이기도 하며, 접지저항을 결정하는 세가지 요소중 가장 중요하다.
대지비저항은 그림 1.1에서와 같이 정의된다.

그림1.1 대지 비저항의 정의

2. 대지비저항을 결정하는요소

(1)토양의 종류

토양, 즉 토질의 종류에 따른 대지고유저항은 표2.8과 같다. 각 토양에 대한 대지고유저항의 편차가 크게 나타나는 까닭은 토양의 습기함유율과 직접적인 관련이 있다.

(2)토양의 수분 함유율

일반적으로 땅 속 깊이 들어갈수록 토양의 수분함유량은 증가하게 되어 대지비저항이 감소하게 된다. 그림 1.2에서의 그래프와 같이 토양의 수분함유율이 15%이하에서는 함유율에 따른 대지비저항의 편차가 심하지만, 그 이상이 되면 충분하다. 여기서 한 가지 주의할 사항은 접지전극을 통하여 전류가 지속적으로 흐를 경우에는 발생하는 주울열에 의향 토양의 수분함유율이 낮아지게 된다는 것이다.

표1.1토양(토질)의 종류에 따른 대지고유저항

그림 1.2 수분햠유량에 따른 대지비저항

(3)토양의 온도

토양의 온도에 따른 대지비저항의 변화는 수분함유율과도 밀접한 관계가 있는 것으로 분석되고 있다. 그것은 그림 1.3에 나타난 바와 같이 토양의 온도가 빙점 이하로 떨어졌을 경우 수분이 동결되어 대지비저항이 급격히 증가하게 된다. 따라서, 접지가 토양의 온도에 따른 영향을 받지 않게 하기 위해서는 지역에 따른 토양의 동결심도 이하의 깊이로 접지전극을 매설하는 것이 중요하다. 일반적으로 적용하고 있는 공법에 나타난 접지봉의 매설깊이75cm(60cm+15cm)는 동결심도(국내 동결심도의 평균값 또는 외국의 기준을 적용한 것으로 판단됨)를 기준으로 설정되어있다. 따라서, 실제적으로는 지역에 따라 그림1.4의 동결심도 자료를 참고하는 것이 바람직하다. 단, 동결심도가 낮더라도 접지전극의 물리적인 손상을 방지하기 위하여 최소한 75cm를 준수하여야 한다.

그림 1.3 온도에 따른 대지비저항

(4)토양의 무기물 또는 미생물체 함유량

대지비저항이란 전기적인 특성의 일종으로 도전성에 영향을 줄 수 있는 무기물이나 미생물체의 함유량에 따라 변동될 수 있지만, 접지시공 입장에서는 특별히 고려할 필요가 없다.

그림 1.4 지역별 동결심도 분포

3. 대지비저항의 측정

대지비저항 측정에 가장 많이 사용되는 측정법은 웨너의 4전극법이며, 웨너의 4전극법의 기본조건은 대지가 균일한 대지고유저항을 같는 지층구조로되어 있다는 가정에서부터 출발한다. 그림1.5에서와 같이 C₁, C₂, P₁, P₂ 네개의 전극을 동일한 간격 a로 설치하고 C₁, C₂₁,P₂ 전극 사이에는 전압V가 나타난다. 측정원리에 적용되는 기본 공식에 따라 깊이 a까지의 대지에 대한 대지고유저항은 ρ=2πa(V/I)가 된다.
실제로는 대지가 균일한 토양으로 되어 있지 않기 때문에 이 값은 깊이 a까지의 평균 대지비저항이 된다. 따라서, 여러 가지 깊이에 따른 평균 대지비저항을 측정하여 역으로 분석하여 대지 지층구조를 알아낼 수 있게 된다. 여기서주의 할 점은 측정을 위한 전극 설치시 그 기이를 이격거리의 1/20 정도로 낮게 유지하여야 하는데, 그것은 측정원리상 지표면위 한 점으로 전류가 유입되어야 한다는 것과 접지봉 설치시 접지저항의 분포율을 고려해야 하기 때문이다. 이때 얕게 설치하면, 토양과의 접촉저항의 증가로 측정이 제대로 이루어지지 않는다.

그림1.5 웨너의 4전극법