프로젝트 수행 시에 접지 저항 계산서는 반드시 작성하게 됩니다. 아래에 보여줄 접지 저항 계산서는 실제 프로젝트용으로 작성되어 제출되었던 것인데 접지 저항 계산서를 작성해야 할 분들의 참고를 위해서 올립니다. 무슨 설계든지 샘플이 있으면 작성하기가 어렵지 않지만 샘플이 없으면 모든 것을 스스로 생각해서 작성하기가 쉽지 않습니다. 그런 의미에서 이 샘플이 도움이 되기를 바랍니다.
EARTHING RESISTANC CALCULATION
목차는 다음과 같이 작성합니다. 여기서 적용한 CODES AND STANDARDS가 중요합니다. 그리고 접지 도체의 굵기를 결정하고 접지 저항을 계산합니다. 결론과 정리를 추가합니다. 계산이나 근거 자료를 첨부합니다.
CODE & STANDARDS로는 IEEE를 적용하고 있음을 보여줍니다. IEEE 80과 142는 대부분의 프로젝트에서 사용하는 표준입니다. IEC는 실제로 계산이 어려운 부분이 있어서 잘 사용되지 않는 것 같습니다. 특정 프로젝트를 보여주는 부분은 모자이크 처리했습니다.
발주처에서 요구한 사항을 정리했습니다. 전기용 접지 저항이 4 오옴을 넘지 않도록 요구하고 있습니다. 계장용은 5 오옴입니다. 일반적으로 접지 저항 값이 5 오옴 이하면 양호한 것으로 봅니다.
IEEE 80의 식으로 접지도체의 굵기를 계산합니다. 변전소 내에서 저압의 단락전류가 100KA에 달해서 사이즈가 커집니다. 여기서 두 가지의 편법을 사용합니다. 하나는 계수 α 값입니다. 일반적으로 1을 적용하는데 접지로 2곳에서 연결해서 0.5를 적용했습니다. 실제로 변압기의 중성점 접지가 하나고 SWGR나 Motor 등의 기기를 대지로 접지하는 접지선이 또 다른 하나입니다.
그리고 tc 는 차단 시간인데 SPEC 요구 사항이 없어서 180ms로 정했습니다. 보통 200ms나 250ms를 요구합니다. 만약 그렇게 하지 않았으면 185SQ로 접지 도체가 굵어졌을 겁니다. 아래의 영문에 오타가 있습니다. 150sq for Process area에서 PROCESS를 SUBSTATION으로 바꿔야 합니다. 아래 계산에는 75sq가 나왔지만 이와 상관없이 SPEC 최소 요구 사항인 150SQ를 적용합니다.
아래의 수식은 PROCESS AREA의 접지 도체 굵기를 선정하는 계산입니다. 여기서는 저압에서 부하 차단기로 MCCB를 사용하기 때문에 MCCB의 차단 동작 시간인 5ms를 적용했습니다. 그래서 도체 굵기가 작게 나왔습니다. 여기서도 SPEC 요구사항인 95SQ를 적용합니다. 고압 전동기의 경우에는 NGR로 인해서 지락 전류가 매우 작습니다. 따라서 주 접지 도체의 사이즈에 영향을 미치지 않습니다.
위의 수식은 한개의 접지봉에 대한 접지 저항을 계산한 것입니다. 그러나 일반적으로 한 곳의 접지극에 3개의 접지봉을 삼각형태로 설치합니다. 그래서 다음과 같이 3개에 해당하는 접지 저항을 계산합니다.
토지의 저항이 높지 않아서 접지봉 3개 만으로도 전기와 계장의 접지 저항 요구 값을 만족시킵니다. 실제로는 접지봉이 프로세스 전역에 많이 설치되어 있지만 계산서에 언급할 필요가 없어서 제외하였습니다. 전체 접지 저항값을 계산할 필요가 있을 경우에는 전체 접지봉과 나동선까지 모두 고려하여 접지 저항을 계산해야 합니다.
다음 수식에서 접촉전압과 보폭전압을 구합니다. IEEE 80의 기준과 비교하여 적합 여부를 판단합니다.
실제 계산은 ETAP으로 수행하고 그 결과를 여기에 보여주고 있습니다. ETAP 계산 결과는 첨부로 제출하였습니다.
위의 결과를 보면 허용 접촉전압은 382V 정도지만 실제 계산된 값은 34V 정도로 1/10 이하로 매우 낮습니다. 일반적인 토지 저항 값에서는 공장 전체의 접지 네트워크를 기준으로 보면 충분히 낮은 계산 값이 나올 수밖에 없습니다. 이러한 사항은 참고로 기억해 두면 좋습니다. 본 계산에 근거하여 각 시스템별 접지선의 굵기를 보여주고 관련 계산 근거를 첨부합니다.
이상과 같이 접지 저항 계산서를 작성했습니다. 접지 저항 계산서가 필요하신 경우 위 내용을 검토하여 작성하시면 됩니다. 첨부로는 토지의 저항을 측정한 자료와 변전소의 ETAP 계산서를 제출하였습니다.
일반적으로 대규모 Oil & Gas Plant의 전기 설계에서는 접지 계산을 포함한 대부분의 시스템 분석과 계산을 별도로 외주를 의뢰해서 전문 업체가 수행하게 됩니다. 실제 프로젝트 전기 인원으로 이러한 계산을 모두 소화하기가 쉽지 않기 때문이고 또한 계산이나 분석은 자주 할수록 잘하는 기능적인 측면이 많기 때문입니다. 그러나 엔지니어는 기본적으로 본인이 스스로 계산하고 분석할 수 있는 능력을 갖추는 것이 좋습니다.
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