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그라운드::낙뢰로부터의 자유
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The R-L Circuit The R-C Circuit The L-C-R Series Circuit

R-C 회로의 Simulation으로 아래와 같은 사실을 확인하면서 새로운 인식전환의 계기도 만들고, 또 PGS공법이 접지 및 피뢰Solution에 대하여 100% 책임보증을 하고 있는 PGS기술 이론의 기초 요소중의 하나인 접지 Impedance의 이해와 주파수 f와 C, L과의 상관 관계, 접지 Impedance와 저항R과의 차이점 등을 R-C 회로의 Simulation으로 알아 보자.

  1. 저항 (R), 축전기 (C), 스위치가 있다. 선택할 수 있는 초기조건은 다음과 같다: 시간 t=0에서 축전기에 대전 된 전하, 저항, 그리고 유전상수 이다. 이것은 마치 이전에 축전기의 양단에 배터리를 연결하여 전하량 Q0까지 충전한 다음 회로에 연결한 것과 같으며 스위치를 닫게(On) 되면 방전될 것이다. Q0의 값을 변화시키고, 시간에 따른 충전량 변화율 곡선(Q-t)을 살펴보자. 곡선은 Q0에서 시작된다.
  2. R값을 변화시켜보자. 곡선이 어떻게 변하겠는가? 곡선이 감소하는 것은 축전기에서 전하가 방전되는 비율을 나타내고, R 값이 증가함에 따라 곡선은 점점 평평해지고, 기울기는 감소한다. R 값이 클 때, 축전기가 방전되는 시간이 더 많이 필요하다.
  3. 이제는 C 값을 변화시켜 보자. 감쇄곡선에 어떠한 영향을 미치겠는가? C값이 증가함에 따라 마치 R값이 증가하듯, 곡선은 더 평평해지고 기울기는 감소한다. 이러한 특성을 나타내는 물리량을 시상수, t=RC라고 한다. 시상수 t가 클수록 축전기의 방전은 더욱 느려진다.
  4. t=RC가 적으면 적을수록, 방전이 빨리 된다. 이러한 경우에, 전류는 초기에 큰 값을 가진다. 가능한 가장 큰 초기전류를 만들어 보라.(대략 242㎃) 물론 전류가 크면, 축전기는 빨리 방전되는데 그것이 전류의 근원이다. 전하 Q가 빨리 감소하나? 전하가 방전됨에 따라 축전기 양단의 전압(V=Q/C)은 어떻게 되겠는가? 를 알아보면서 아래의 사항을 확인하여 올바른 인식 전환의 계기가 되기를 바란다.

시사점 및 확인할 사항: R-C회로이며, 경제성을 배제한 기술적인 사항에 한정하는 조건으로, 우리는 다음과 같은 사항을 확인하고 알아보자.

  • ● 첫째, 상기 2.항에서와 같이 시험을 통하여 볼 때, 접지저항 값(R)을 낮추는 것이 접지에서 중요한 요소임을 확인할 수 있다. R-L회로에서와 같은 경우로서 다시 설명한다.
    낙뢰의 경우로 예를 들면, 낙뢰가 피뢰침(고전압광역피뢰침)에 100KA의 전류가 가해졌다고 하면 피뢰접지저항 값이 10Ω일 때 V=I*R에 의해서 1,000KV의 전위상승이 발생하고, 피뢰접지저항 값이 1Ω일 때 V=I*R에 의해서 100KV의 전위상승이 발생하는 사실을 이론으로 확인할 수 있고, 따라서 접지저항 값이 중요한 요소 임을 알 수
    있다.
  • ● 둘째, C 값이 적으면 적을수록 접지전류(낙뢰전류, Surge 및 Impulse 전류 등)가 신속하게 방전 된다는 사실을 확인 할 수 있다.
    여기서는 C값이 단순하게 표현되었지만 우리는 Xc =1/wC임을 알고 있다. 주파수(f)가 작은 상용주파수(60㎐) 등에서는 중요한 변수로 작용을 하지 않지만, 낙뢰(20㎑~20㎒) 및 Surge와 같은 고주파 특성의 Impulse 전류에서는 주파수가 큰 요소로 작용 하는 것을 알 수 있다. 주파수에 대한 것은 R-C 회로의 Simulation으로 자세하게 알아보자.

요약하여 정리를 하면, 접지저항 값 R을 낮추는 것이 낙뢰전류 및 Surge 등 Impulse 전류를 신속하게 방전 할 수 있다. 또한 C값이 적으면 적을수록 전류를 신속하게 방전 하는 것을 확인 할 수 있다. 따라서 접지전극을 설치함에 있어서 C값과 R값을 적게 하여 시상수(t=RC)를 최소화 하도록 하는 것이 접지전류를 신속하게 방전을 시킬 수 있는 좋은 접지 방법임을 확인할 수 있다.

 
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