Earticle

연구목적: 아두이노를 이용하여 실시간 대지저항 데이터를 취득할 수 있는 스마트 대지저항 측정장치를 개발하여 낙뢰 등 이상전압으로부터 안전한 설비환경을 구축하는것에 목적이 있다. 연구방법: 본 논문 은 아두이노와 전력선 통신(PLC) 체계를 갖춘 대지저항 취득 및 분석 시스템을 개발하여 설계모델과 적 용사례를 연구하였다. 경남지역의 풍력발전 단지 내 일부 부지를 테스트 베드로 선정하여 신기술을 적용한 실시간 대지저항 데이터를 취득하였다. 전극배열은 웨너(Wenner) 4전극배열과 슐렘버거(Schlumberger) 전극배 열을 혼용한 스마트 전극배열을 채택하였다. 연구결과: 본 기술의 특징은 첫 번째로 스마트 다 전극의 깊 이를 각기 다르게 편성해 층간에 특이성을 가지는 지층 구조에도 취득 데이터의 오차범위를 축소하였 다. 두 번째로 스마트 접지전극에서 취득한 대지저항 데이터의 정보를 사물인터넷으로 실시간 송·수신 이 가능하도록 IT융합 기술을 적용하였다. 마지막으로 규칙적인 관리 체계를 구축하고 Server에 축적된 빅 데이터를 분석하여 다양한 요소들의 변화추이를 확인할 수 있으며, IT융합 환경에 최적의 접지 알고 리즘과 접지시스템 설계 모델링이 가능하다. 결론: 본 기술은 4차 산업 시대에 근간이 되는 도시 기반시 설에 낙뢰로 인한 서지(Surge)의 피해를 줄이고 최적화된 접지시스템 모델을 설계하여 사용자의 안전과 생명을 보호 할 것이다. 또한 순수 국산 기술력의 지적재산권을 확보하여 포스트 코로나 시대에 팬데믹 으로 정체되어있는 우리산업의 일자리 창출과 활기를 불어넣는 효과도 기대된다.

Purpose: The purpose is to establish a safe facility environment from abnormal voltages such as lightning by developing a smart land resistance measuring device that can acquire real-time land resistance data using Arduino. Method: This paper studied design models and application cases by developing a land resistance acquisition and analysis system with Arduino and a power line communication (PLC) system. Some sites in the wind power generation complex in Gyeongsangnam-do were selected as test beds, and real-time land resistance data applied with new technologies were obtained. The electrode arrangement adopted a smart electrode arrangement using a combination of a Wenner four electrode arrangement and a Schlumberger electrode arrangement. Result: First, the characteristic of this technology is that the depth of smart multielectrodes is organized differently to reduce the error range of the acquired data even in the stratigraphic structure with specificity between floors. Second, IT convergence technology was applied to enable real-time transmission and reception of information on land resistance data acquired from smart ground electrodes through the Internet of Things. Finally, it is possible to establish a regular management system and analyze big data accumulated in the server to check the trend of changes in various elements, and to model the optimal ground algorithm and ground system design for the IT convergence environment. Conclusion: This technology will reduce surge damage caused by lightning on urban infrastructure underlying the 4th industrial era and design an optimized ground system model to protect the safety and life of users. It is also expected to secure intellectual property rights of pure domestic technology to create jobs and revitalize our industry, which has been stagnant as a pandemic in the post-COVID-19 era.

현재의 대지저항률과 접지저항 측정 방식은 일정한 간격으로 설치된 전극에 전류를 인가하여 토양의 고유저항에 따른 전압 강하를 취득하는 방식을 일반적으로 활용하고 있다. 하지만, 현장 대지의 층상 구조가 특이성을 갖게 되면 역산 시 경계 조건에 오차를 발생하게 되고 접지 설계 시 중요한 대지저항률 분석이 시뮬레이션 상과 많은 차이를 보이게 된다. 본 연구는 정보통신 융합 환경에서 아두이노 모듈과 스마트 접지 측정 기술를 활용하여 대지의 층상이 특이성을 갖는 구조라도 신뢰할 수 있는 스마 트 대지 저항 측정 장치를 개발하여 대지저항을 분석하고 데이터를 축적하여 대지의 경년변화를 예측한다. 현장의 지형적인 특성을 고려하여 접지저항과 대지저항 측정 시 각도와 거리를 정확하게 위치시켜 보조전극을 설치할 수 있는 접지저항 측정 장치 및 그 측정방법을 제안한다. 정확한 접지저항 값을 선정할 수 있게 하기 위해 설치된 전극을 통해 접지저항 취득뿐만 아니 라, 대지저항률을 취득할 수 있어 유사지역에 전기시설물 설치 시에 유용한 자료로 활용할 수 있다. 또한 신뢰성 높은 데이터를 활용하고 현장의 대지 구조를 분석하여 공사비용 뿐 아니라 접지설계에서 중요한 비중을 차지하는 대지에 대한 정밀한 분석으 로 전위상승 등의 접지설비설계에서 많은 활용이 기대된다.

기존의 대지저항률과 접지저항 현장 측정 방식은 일정한 간격의 측정전극을 설치하여 전류를 인가하여 대지의 저항값에 따른 전압강하를 측정하게 되는데 현장 대지의 층상 구조가 특이성을 갖게 되면 역산 시 경계 조건의 오차를 발생하게 되고 접지 설계 시 중요한 대지저항률 분석이 시뮬레이션 상과 많은 차이를 보이게 된다. 본 연구는 정보통신 융합환경에서 아두이노 모듈과 스마트 접지 측정 기술를 활용하여 대지의 층상이 특이성을 갖는 구조라도 신뢰할 수 있는 스마트 대지 저항 측정장치를 개발하여 대지저항을 분석하고 데이터를 축적하여 대지의 경년변화를 예측한다. 현장 의 지형적인 특성을 고려하여 접지저항과 대지저항 측정 시 각도와 거리를 정확하게 위치시켜 보조전극을 설치할 수 있는 접지저항 측정장치 및 측정방법을 제안한다. 정확한 접지저항 값을 선정할 수 있게 하기 위해 설치된 전극을 통해 접지저항 값뿐만 아니라, 대지저항률을 취득할 수 있어 유사지역에 전기시설물 설치 시에 유용한 자료로 활용할 수 있다. 또한 신뢰성 높은 데이터를 활용하고 현장의 대지구조를 분석하여 공사비용 뿐 아니라 접지설계에서 중요한 비중을 차지 하는 대지에 대한 정밀한 분석으로 전위상승 등의 접지설비설계에서 많은 활용이 기대된다.

Conventional methods of measuring ground resistance and ground resistance field measurement are used to measure voltage drop according to the resistance value of the site by applying current by installing a constant interval of measurement electrode. If the stratified structure of the site site is unique, errors in boundary conditions will occur in the event of back acid and the analysis of the critical ground resistance in the ground design will show much difference from simulation. This study utilizes the Arduino module and smart ground measurement technology in the convergent information and communication environment to develop a reliable smart land resistance measuring device even if the top layer of land is unique, to analyze the land resistance and accumulate data to predict the change in the age of the land. Considering the topographical characteristics of the site, we propose a ground resistance measuring device and its method of measuring ground resistance so that the auxiliary electrode can be installed by correctly positioning the angle and distance in measuring ground resistance. Not only is ground resistance value obtained through electrodes installed to allow accurate ground resistance values to be selected, but it can also be used as a useful material for installing electrical facilities in similar areas. Moreover, by utilizing reliable data and analyzing the large sections of the site, a precise analysis of the site, which is important in ground design as well as construction cost, is expected to be used much in ground facility design such as potential rise.