전기철도 변전소의 변전 시스템 접지는 전차선의 지락, 번개 낙뢰 등 전기철도 시설물의 오류 또는 고장에 의한 전류를 대지로 신속하게 방류하여 전기철도 시설물의 손상방지 및 변전소 주변의 인체와 가축의 안전을 확보하는 필수적인 설비이다. 그런데 국내 또는 국외의 접지설비 설계 및 시공기준이 서로 다르므로 이를 비교분석하여 접지성능을 최적화할 필요성이 꾸준히 제기되고 있다.
본 논문에서는 전철변전소의 현장실측과 모델링 분석을 통해 보링전극의 길이와 시공개수에 따라 접지저항 및 위험전압에 미치는 영향을 예측하고 보링전극 시공 개선방안을 도출하였으며, 대지저항과 지락전류 분류계수, 고장지속시간 등 전철변전소의 대지전위상승과 안전전압에 관계되는 조건들에 대해 각 Case별로 시뮬레이션을 시행하여 지락전류 분류계수 및 메쉬 Grid 간격이 안전전압에 어떠한 영향을 주는지 분석하고 그 결과를 반영한 전철 변전소 접지 성능 최적화 방안을 제시하였다.
또한, 국내외 변전소 접지관련 법령 및 기준을 조사하여 전철변전소에서 접지 적합성 판정기준 권고사항으로 적용하고 있는 접지저항이 적정한지를 비교 분석하였으며, 접지 적합성 판정기준을 안전전압으로 변경 시 절감되는 시공비를 예측하였다. 그리고 별도 절차가 없는 변전소 부지 대지저항률 측정선 선정방법을 현장 여건에 맞추어 선정할 수 있도록 절차를 제시하였다.
변전소 접지성능 최적화 방안을 도출하기 위하여 한전변전소와 전철변전소의 접지설비 효과에 대해 시공사례를 통해 비교하였으며, 전철변전소 8개소를 선정하여 추가전극과 접지저감재 시공 시 효과를 분석하여 이에 대한 개선방안을 제시하였다. 그리고 변전소 접지망과 전차선로 매설지선의 연결 및 분리 시를 비교 측정하여 전철변전소에서 적용하고 있는 통합접지시스템의 접지효과를 분석하였으며, 국내외 설계기준을 비교 분석하여 등전위 본딩접지에 대한 개선방안을 제시하였다.
전철변전소의 접지성능을 최적화 방안의 연구결과를 종합하여 설계 및 시공 기준에 적용할 경우 사업비 절감 등이 가능하여 향후 철도건설사업의 타당성조사 시 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 전철변전소 접지시스템 표준모델링을 개발하는데 활용될 수 있을 것이라고 판단한다.