• 조명전기설비학회논문지
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• 제26권1호
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• pp.54-60
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• 2012

When the transient current with high frequency components such as lightning surges are injected the grounding electrodes, the performance of grounding electrodes should be evaluated as grounding impedance. It is restricted to analyze the grounding impedance by measurement approach since the grounding impedance is very different with the shape and size of grounding electrodes, resistivity and relative permittivity of soil and the frequency component of the injected current. So a variety of simulation approaches have been developed. Typically, the soil resistivity measured with low frequency and relative permittivity between 1 and 80 are used for simulation of the grounding impedance. However, the resistivity and relative permittivity of soil are changed with frequency of injected current. In this paper, the frequency-dependent resistivity and relative permittivity of soil are measured and these parameters are reflected in the simulation of the grounding impedance of a ground rod. The simulated results are compared with the measured results. As a result, the simulated results with frequency-dependent soil parameters show capacitive aspect like measured results in the frequency of lower than 100[kHz] and they are more consistent with the measured results in wide frequency range.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제28권6호
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• pp.68-74
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• 2014

The electrical parameters of soils are highly dependent on the various factors such as types of soil, chemical compositions, moisture content, temperature, frequency, and so on. The analysis of soil parameters is of fundamental importance in design of grounding systems. In this paper, we present the experimental results of frequency-dependent impedance, resistivity, permittivity of soils as functions of types of soil and moisture content. The impedance and resistivity of soils are decreased as the moisture content and the frequency increase. In particular, the variation of the soil resistivity with the frequency is pronounced in the conditions of high resistivity and low moisture content. On the contrary, the permittivity of soils are sharply decreased with increasing the frequency below 10kHz and the frequency-dependent permittivity of soils are highly changed in the conditions of high moisture and low resistivity.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제29권4호
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• pp.69-76
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• 2015

This paper presents the results of an investigation into the frequency-dependent electrical parameters for different types of soil as a function of moisture content. The frequency dependence of soil electrical parameters is very important in the design of grounding systems. In fact, the performance of grounding systems is greatly dependent upon various factors such as soil type, particle size, water content, temperature, frequency, and the like. The resistivity and relative permittivity for four different soils were measured and analyzed in the frequency range of 1kHz - 1MHz. Soil resistivity declined as moisture content and frequency increased. In particular, the frequency dependence of soil resistivity was significant as the moisture content was low. In contrast, the relative permittivity of soil dramatically declined at the frequency of 10kHz or below as the moisture content increased, showing the opposite pattern in terms of variation patterns, compared to resistivity.

• 전자공학회논문지
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• 제50권10호
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• pp.245-251
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• 2013

정보통신설비용 접지전극의 임피던스는 접지전극이 매설되어 있는 토양의 전기적 특성과 밀접한 관계가 있다. 특히 인가된 전계의 주파수에 따른 토양의 유전율과 도전율 특성이 접지전극의 임피던스에 직접적으로 영향을 준다. 접지전극의 임피던스를 계산할 수 있는 상용프로그램은 유전율과 도전율을 수정하여 시뮬레이션하는 것이 불가능하기 때문에 전자계 이론을 적용한 프로그램을 MATLAB으로 구현하였다. 토양의 유전율은 유전완화 모델인 디바이(Debye)식을 적용하였으며, 도전율은 실험에서 얻어진 수식을 다른 논문에서 인용하였다. 시뮬레이션 결과의 신뢰성을 확인하기 위해서 실험계를 구성하여 접지전극의 임피던스를 측정하고, 시뮬레이션 결과와 서로 비교하였다. 그 결과, 토양의 유전율과 도전율 특성을 고려한 본 논문 결과가 고려하지 않은 상용프로그램(NEC) 결과 보다 측정값과 더욱 잘 일치하는 것을 확인하였다.

• 한국농공학회논문집
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• 제50권6호
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• pp.15-24
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• 2008

In general, ground pollution can be classified with soil pollution and underground water pollution. And ground pollution contaminates the land with garbage dumps and other harmful waste products as heavy metals that can also eventually enter our water supply. This study was conducted to define a characteristics of the electrical resistivity and the permittivity of weathered soil that was contaminated with heavy metals as Mercury and Arsenic. It is not easy whether contamination of soil as subsurface contamination is decided or not and at an early stage especially do that. Therefore the electrical resistivity and the permittivity were used to make up for this defects. These methods are more economical and more effective than the existing methods. And variation of the electrical resistivity and the permittivity values were found against the change of concentration of Mercury and Arsenic aqueous solutions and measuring frequency. These analyzed results indicate that the electrical resistivity and the permittivity tend to decrease against increasing measuring frequency. The electrical resistivity and the permittivity are also found to show the function of frequency.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.93-103
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• 2005

본 연구에서는 저주파수 영역에서 유전상수 측정시 발생할 수 있는 왜곡효과를 규명하고, 함수비에 따른 사질토의 유전상수 변화를 실수부와 허수부를 구분하여 조사하였다. 축전기 형태의 셀에서 유전상수를 측정하는 경우 100kHz 이하의 주파수 영역에서 전극분극효과에 의하여 실제 매질의 유전상수보다 크게 측정되었기 때문에 전극 분극효과에 의한 영향을 배제하기 위해서는 100kHz 이상의 주파수에서 유전상수가 평가되어야 하는 것으로 판단되었다. 함수비에 따른 사질토의 유전상수를 평가한 결과 체적함수비 증가에 따라 연속적인 증가경향을 나타내었다. 이는 유전상수 실수부의 경우에는 사질토에서 발생하는 분극이 단위체적당 쌍극자 모멘트에 비례하기 때문이며, 유전상수 허수부의 경우에는 함수비 증가에 따른 전도손실량이 증가하기 때문이다. 그러나 유전상수 실수부에서의 체적함수비에 따른 증가경향은 공간전하분극의 영향이 크지 많은 1MHz 이상의 주파수 영역에서 유효한 것으로 나타났다.

• 지질공학
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• 제13권4호
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• pp.405-418
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• 2003

지반을 구성하고 있는 매질에 대한 체적함수비 및 포화 정도를 측정하는 것은 지반의 물리적 성질, 강우에 의한 지하수 함량 및 자연 사면 파괴를 이해하는데 매우 중요한 요소 중의 하나이다 이러한 지반의 요소들을 파악하기 위해 전자기파를 이용한 유전율법은 지반의 유전율상수의 특성에 따라 평가되어 지므로 다양한 분야에 적용되고 있다. 본 연구에서는 전자기파의 측정 주파수 범위 1 - 18 GHz를 사용하는 유전율 시스템인 FDR-V (Frequency domain reflectometry with vector network analyzer)를 적용하여 1 GHz와 18 GHz에서의 두 주파수 범위에 대한 표준사 (Standard sand)와 화강풍화토 (Granitic weathered soil)의 밀도, 온도 및 염분농도 의존성에 따른 유전율상수의 반응에 대해 검토하였다. 실험결과에서, 흙의 밀도 의존성은 체적함수비의 증가에 따라 유전율상수도 증가하는 것으로 측정되었으나, 이들의 밀도 의존성은 다소 낮은 것으로 판단된다. 그리고, 1 GHz 실수부 (Real part)에 대한 온도 의존성 실험에서는 온도의 증가에 따라 물과 표준사의 유전율상수는 점진적으로 감소하는 경향을 보이나 에탄올의 유전율상수는 증가하는 것으로 측정되었다. 따라서, 온도 변화에 따른 각 매질의 유전율상수는 측정 온도에 대한 영향을 고려하여야 한다. 염분농도에 따른 유전율상수의 변화는 1 GHz 허수부 (Imaginary part)에서 염분농도의 증가에 따라 유전율상수의 측정치도 함께 증가하는 것으로 나타났다. 이상과 같이, 다양한 조건하에 대한 유전율상수의 의존성들을 기초로 하여 다공질 매질의 특성을 파악하기 위한 FDR-V 시스템의 적용성을 충분히 검토하였다. 결론적으로, 본 연구에서는 1 GHz의 측정 주파수범위 내에서 다공질 매질의 염분오염도를 충분히 정량적으로 측정할 수 있는 것으로 생각된다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.249-252
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• 2005

저주파수에서 유전상수 측정시 100kHz 이하의 주파수 영역에서는 전극분극효과가 발생하므로 100kHz이상의 주파수에서 유전상수가 평가되어야 한다. 유전상수는 쌍극자모멘트의 수에 비례하기 때문에 흙의 유전상수는 체적함수비에 따른 선형적인 증가경향을 나타내었다. 용액에 이온성분이 존재하는 경우에는 수화작용에 의한 물분자의 배향분극 발현의 감소로 인하여 유전상수가 감소한다. 흙과 중금속 혼합시료의 경우 함수비가 큰 시료에서는 용액의 유전특성이 발현되지만, 함수비가 작은 경우에는 공간전하분극의 영향으로 유전상수가 10-20%정도 증가하는 경향을 나타내었다. 현장에서의 정확한 오염도 평가를 위해서는 토양의 함수비에 대한 평가가 반드시 수행되어야 한다.

• 지질공학
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• 제18권2호
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• pp.127-136
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• 2008

지반의 수분량 분포 및 강우에 의한 침윤선 거동과 지하수 수위 분포조사와 같이 광역지역을 대상으로 한 물리탐사기법인 지하투과 레이다탐사(ground penetrating radar, GPR) 및 전기비저항탐사(electrical resistivity survey)등을 이용해 광역조사가 이루어지며, 이에 반해 지반의 유전 반응(dielectric responses)을 이용한 유전율 측정법(permittivity method)은 협소한 지점에 대한 보다 정확한 지반의 물성 파악을 위해 다양한 연구분야에서 적용되어 왔다. 본 연구에서는 불포화 지반에 인공강우를 내려 침윤선의 침투거동을 파악하기 위하여 토층의 수분량 변화를 frequency domain reflectometry 시험법을 적용하여 측정하고, 간극수압과 간극 공기압의 변화는 간극수압계로 측정하였다. 이들 측정센서는 일정 깊이의 불포화 화강풍화토 공시체 몰드에 매설하고, 상단부에서부터 강우의 침투수 거동을 계측하여 물성치 변화로부터 수분분포 및 침윤선 분포특성을 평가하는 기법을 제안하였다. 지반 변형을 효율적으로 평가하기 위해 지반의 체적함수비, 간극수압 및 간극공기압의 측정 기술을 기존의 측정법과 비교해 신속하고 정량적으로 파악할 수 있는 측정방법에 대한 연구를 진행할 예정이다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.231-241
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• 2005

지반오염조사에 대한 유전상수 측정기법의 적용성을 평가하기 위하여 함수비와 중금속 오염도에 따른 흙의 유전특성 변화를 분석하였다. 유전상수의 실수부와 허수부 모두 체적함수비에 따른 증가경향을 나타내었으며, 특히 MHz 범위에서 유전상수 실수부는 쌍극자모멘트에 비례하기 때문에 흙의 유전상수는 체적함수비에 따른 선형적인 증가경향을 나타내었다. 중금속 용액은 50 kHz 이하의 저주파영역에서 전극분극효과에 의해 농도 증가에 따라 유전상수 실수부가 증가하였으나, 고주파 영역에서는 이온의 수화작용에 의한 물분자의 배향분극 발현의 감소로 인하여 감소하는 경향을 나타내었다. 유전상수 허수부는 중금속 농도 증가에 따라 전도손실의 증가에 의하여 모든 주파수 영역에서 증가하는 경향을 나타내었다. 흙과 중금속 혼합시료의 경우 함수비가 큰 시료에서는 중금속 용액 자체의 유전특성이 그대로 발현되었으나, 함수비가 작은 시료에서는 공간전하분극의 영향이 우세하여 유전상수 실수부가 $10-20\%$정도 증가하는 경향을 나타내었다. 유전상수 허수부의 경우에는 중금속 농도 증가에 따른 뚜렷한 증가경향을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과에 의하면 중금속의 오염감지에 대해서는 유전상수 실수부보다는 허수부의 적용성이 높은 것으로 나타났으며, 현장에서의 정확한 오염도 평가를 위해서는 함수비에 대한 평가가 선행되어야 할 것으로 판단된다.