접지시스템


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접지는 전기안전상 중요한 설비로써 피뢰설비, 전력설비, 통신설비, 전기방식설비 등 여러 가지 설비를 대지와 전기적으로 연결하는 것을 말합니다. 접지는 전기장비의 절연 파손으로 발생하는 누설전류와 낙뢰시에 유입되는 서지 전류를 대지로 방전 시킬 수 있어 인명피해를 예방할 수 있을 뿐만 아니라 누전차단기의 작동을 통하여 전기누전으로 인한 화재를 예방할 수 있습니다.
접지의 목적과 효과
접지는 다음과 같은 설치목적을 갖습니다.
  • - 인명의 감전 방지
  • - 기기 및 시설 보호
  • - 전위의 균등화
  • - 낙뢰, 서지, 고압선 단락 사고 시 고압 상승 제한
  • - 충전압력 흡수로 정전기 장애 방지
  • - 노이즈 제거
상기의 목적을 달성하기 위해서는 무엇보다 접지시스템 구성의 올바른 설계와 관리체계를 갖추어야 하며, 접지시스템의 최대효과를 얻기 위해서는 우선 접지회로가 끊어짐 없이 영구적으로 연결되어야 하고, 지락 사고시 전류를 최대로 흘릴 수 있는 용량을 지녀야만 합니다. 또한 항상 낮은 접지저항(impedance)을 유지함으로써 접지전압을 낮게 하고, 누설(leakage), 정전기 또는 노이즈의 원인이 되는 전류를 땅으로 흘려 보내어 누전차단기가 제때에 작동하도록 해야 합니다.
접지의 종류
접지의 종류는 강전용 접지와 약전용 접지로 분류할 수 있습니다. 전원접지가 강전용 접지의 대표이며, 전원 접지점으로부터 분기하여 접속되는 보안접지는 전원접지의 일종입니다. 또한 약전용 접지는 통신/신호접지를 말합니다.
전원접지(Main Ground)
전원접지는 수전 전원의 인입단에 접지하여 전원의 기준 전위를 제공하며, 모든 전원은 접지를 영(零)전위로 하여 전압이 상태전위로 걸리게 됩니다. 또한 전원접지는 모든 접지의 기준점이 되어 분기하며 변압기의 중성점과 접속하여 중성점이 접지와 동일한 전위를 형성하도록 합니다.

보안접지(Frame Ground)(Main Ground)
보안접지는 분전반 또는 전기가 흐르지 않는 모든 금속체 외함에 대해 접지하는 것을 말합니다. 보안접지는 전기적 이상이 발생할 경우, 접지선을 통해 누설전류가 신속히 대지로 방류하도록 하여 인체가 금속체와 접촉하더라도 전기적 충격을 받지 않도록 하는 역할과 공중전파 또는 유도장애를 차단하여 기기를 보호하는 역할을 합니다.

통신/신호접지(Signal Ground)
통신/신호접지는 전원접지나 보안접지와는 구분되며, 이들 접지가 안전을 주목적으로 한 접지라면 통신/신호접지는 제어신호에 대한 기준전위의 제공과 기기의 원활한 작동을 주목적으로 한 접지라 할 수 있습니다. 신호는 넓은 주파수 대역을 갖고 있으므로 통신/신호접지는 광역주파수대역에 대해 낮고 안정된 임피던스를 갖도록 설계, 시공되어야 합니다.
접지방식
접지방식은 전원접지와 보안접지를 통신/신호접지로 사용하는 공용접지방식과 전원접지, 보안접지, 통신접지를 구분하는 독립접지방식이 있습니다. 공용접지의 경우, 전원측 접지와 부하측 접지를 공용하면 부하장비의 절연이 저하되어 지락 사고시 지락 전류는 대지를 경유하지 않고 금속회로를 통해 전원으로 되돌아갈 수 있으며, 독립접지의 경우는 접지의 전위상승 뿐 그 이외로는 파급되지 않지만 공용접지는 접지전류에 의한 전위상승이 접지를 공용하고 있는 모든 기기로 파급됩니다.
첨단기기들은 과전압 내성이 작고 IC반도체의 동작전압과 전류가 작기 때문에 이러한 전위상승으로 인한 기기의 IC칩 파손, 오동작, 잡음발생 등과 같은 장애가 발생하게 됩니다. 다음 자료는 접지 저항을 효과적으로 낮추는데 사용되는 기본적인 접지 시공방법 및 유의사항을 소개한 것입니다.
1. 여러개의 접지봉을 사용한다.
위의 그림에서 알 수 있듯이, 접지봉을 2개 사용할 때는 저항이 약 60%, 그리고 접지봉 3개 사용시에는 저항이 약 40%로 낮아지는 것을 볼 수 있습니다. 즉, 접지봉 수를 늘릴수록 접지저항은 낮아지게 되므로 여러 개의 접지봉을 적당한 간격(2~3m)으로 매설함으로써 최저 접지저항을 얻을 수가 있습니다.

2. 길이가 긴 접지봉을 사용한다.
접지봉을 매설할 때 표준 길이의 접지봉을 사용 할 때 보다 훨씬 아래 쪽에 위치한 저항이 낮은 토양까지 닿을 수 있는 길이가 긴 접지봉을 사용하게 된다면 접지저항을 낮추는데 효과적입니다. 즉, 저항이 낮은 토양에 접지봉이 닿게 되면 저항이 급속히 저하되기 때문에 길이가 긴 접지봉 매설시에는 매설하는 동안 자주 저항치를 점검 할 필요가 있습니다.

3. 접지저항 저감재를 사용한다.
저항이 높은 대지의 토양의 경우, 탄소계 재료, 시멘트, 특수 첨가제 등이 함유된 고강도 접지저항 저감재를 사용함으로써 접지저항을 효과적으로 낮출 수 있습니다. 예를 들어, 1,000옴(Ohm)의 대지는 90%, 30옴의 대지는 약 50%까지 저항을 낮출 수 있으며 이러한 방법은 암반과 같은 장애 요소들이 많은 곳에 특히 유용합니다.

4. 상기의 방법들을 혼용한다.
접지저항을 목표 수준까지 쉽게 낮추기 위해서는 상기 방법들 중 두 가지 이상의 방법들을 서로 혼용 할 필요가 있습니다.

접지시스템의 구성 실례
접지시스템의 구성과 전기배선이 제대로 되어 있지 않으면 기기가 열을 받거나 오작동 또는 전산기기의 데이터 손실 등의 원인이 될 뿐만 아니라 아무리 고성능의 훌륭한 서지보호기를 설치하더라도 서지전압의 피해로부터 기기를 안전하게 보호할 수 없습니다. 따라서 접지시스템을 올바르게 구성하는 것은 대단히 중요한 일입니다. 그림Ⅲ-4는 접지시스템이 잘 구성된 실례를 보여주고 있습니다. 여기에서 한가지 주의하여야 할 점은 전력회사 변압기를 통해 공급되는 전원의 중성선은 인입설비에서만 접지선과 연결되어야 한다는 것입니다. 그리고 이 접지선은 다시 건물 접지봉과 연결하고 접지효과를 극대화하기 위해서 접지선과 접지봉을 잘 용접하여 영구적으로 끊어짐이 없도록 합니다.
위 그림에 나타나 있듯이 분전반에서는 중성선과 접지선을 연결하지 않습니다. 만약 분전반에서 중성선과 접지선을 연결 하게 된다면 인입설비와 분전반간의 접지경로에 부하기기회귀전류가 흐르게 되어(접지루프 현상) 피보호기기의 오작동 원인이 될 수 있으며, 또한 이상조건하에서 발생하는 이상전류가 접지선과 중성선 사이에서 나뉘어져 피보호기기의 정상적인 작동을 방해하게 됩니다.
그림Ⅲ-5는 독립접지시스템 구성의 실례를 보여주고 있습니다. 정보통신 및 데이터전송 기기와 같이 예민한 기기에 독립접지를 하게 되면 노이즈를 감소시킬 수 있습니다. 독립접지의 경우, 접지선을 배관이나 분전반 프레임에 연결하지 않고 인입설비의 빌딩접지나 독립접지에만 연결하며, 독립접지 콘센트는 노란 색깔로 타용도의 것과 구별하여 독립접지와 보안접지를 무심코 연결하는 잘못을 일으키지 않도록 배선시 각별한 주의를 기울입니다.
그림Ⅲ-6은 두 장소 사이에 전위차가 존재할 때 접지루프(ground loop)가 생기는 현상을 나타낸 것입니다. 접지루프는 시스템내에서 둘 이상의 서로 다른 접지가 연결 되어 있을 때 생길 수 있으며, 그림에서와 같이 접지측에 10볼트의 전위차가 발생하게 되면 전류는 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르면서 접지루프를 형성하게 되고 데이터라인에 유입되어 I/O카드 등을 손상시킵니다.
그림Ⅲ-7은 한 건물내에 두 곳으로 부터 각기 다른 전원을 공급받을 경우의 접지시스템 구성 실례를 나타낸 것입니다. 그림과 같이 점선부분으로 A전원접지와 B전원접지를 서로 연결하지 않으면 위 그림Ⅲ-6에서와 같이 전위차가 발생하여 데이터/통신라인을 통해 접지루프가 형성되게 되며. A전원의 접지봉과 B전원의 건물기둥을 연결함으로써 효과적인 접지시스템을 구성할 수 있습니다.