접지란?
접지의 개념
접지를 유럽 권에서는 “Earthing”, 미국에서는 “Grounding” 이라고 표현하고 있다 . 접지는 1754 년 미국의 프랭크린이 연날리기에서 피뢰침을 착상하여 철봉을 건물에 접해서 세우고 그 하단을 지중에 매설한 것이 접지전극에 해당 , 즉 피뢰침의 시작이다 . 1835 년에 피뢰침의 다음으로 접지가 필요하게 된 유선전신의 모르스에 의해 실용화되었다 .1876 년에 벨의 전화발명으로 전화용 가공선로에 낙뢰가 발생되면 시설 및 인명에 재해가 초래되기 때 문에 이를 방지하기 위하여 등장한 것이 피뢰기이고 전화기의 보안기에도 접지가 필요하게 되었다.
이와 같이 초기의 접지는 낙뢰와 정전기 등으로부터 인명과 장치를 보호하는 역할에 주력 하였으나 오늘날의 접지는 낙뢰는 물론 원하지 아니하는 과전류 및 과전압 유입 , 전기적 잡 음으로부터 전원 , 통신 제어시스템 등의 복잡한 전기 , 전자적 시스템을 안정적으로 동작하 게하는기능용 접지에이르기 까지 많은 관심을 가져야할것이다 . 접지는그사용분야및 목적에 따라 분류되며 인명이나 설비의 안전을 목적으로 한 경우에는 보안용 접지라 하며, 장비나 시스템의 안정적 가동이나 운용을 목적으로 한 경우에는 기능용 접지라 한다.
지금까지 접지는 주로 전기 및 전력 분야에서 송 배전 설비 및 낙뢰에 의한 인명과 설비
. 의 손상을 방지하기 위한 차원원서 다루어져 왔다 . 하지만 오늘날의 전기 , 전자 , 통신 그 리고 반도체 기술의 눈부신 발전은 거의 모든 설비의 소형화 , 고 집적화를 가능하게 하였 고, 초고속 종합정보통신망을 이용하여 각종의 데이터 , 음성 , 화상에 이르는 모든 정보를 서비스할 수 있게 되었으며 , 또한 컴퓨터를 통해 모든 정보를 공유할 수 있는 고도의 정보 화 시대를 맞이하고 있다.
이러한소자및장비기술의비약적인발전은전자회로의 고기능화와고밀집화를이 룩하였으며 이로 인한 전자파의 간섭과 장해는 매우 심각한 수준에 이르고 있다. 따라서 고도화된 정보 통신 시스템의 효율적이고 안정한 운용 및 우수한 통화 품질의 확보 와오동작을방지하기위해서는고신뢰성의우수한 접지가 요구된다.
접지 시스템이 불량하여 전위 상승에 따르는 장해로서는 최악의 경우는 감전사고 발생이 있으며 기기에 대해서는 손상 , 잡음 (Noise) 발생 , 오동작 등이 발생하게 된다 . 구체적으로 비가 많이 오는 여름철이나 심한 먹구름 적란운 을 동반하는 날씨에서는 교통 신호등의 오
() 동작, 순간적인 정전, 전주 위에서의 변압기나 고압선의 방전 아아크 현상 ), 라디오
( 전파 혹은 무선전파 등의 불량 송수신 잡음현상 ( ), 사무실내에서의 OA 기기의 순간 정전 등이 이러 한 접지시스템이불량하거나 순간적인 써지 (Surge) 현상에 의해서 나타나는 것이다 .
접지의 최대 목적
접지시스템의 설치 목적은 인명 및 가축의 안전을 확보할 뿐만 아니라 전기 , 전자, 통신 및 각종의 제어기기의 손상 방지와 안정적 운용에 있다 . 이러한 필요성을 만족하기 위해서 는 접지설계에서 시공까지 접지시스템에 대한 전반적인 이해 및 적용이 필요하다. 접지란 학문적인 정의에 의하면 전기설비를 전기적으로 대지와 결합하는 것을 의미한다 . 이 러한 접지시스템은 2가지의목적을 가진다 .
첫째 , 전력계통내부에서 야기되는 사고 또는 낙뢰와 같은 외부적인 요인에 의해 발생되는 고장전류 혹은 써지를 효과적으로 대지로 분산시킴으로서 기기의 절연파괴를 방지하는 기기 보호측면에 기여하고 , 무한대의 기준점을 '0' 전위로 볼 때 접지점에서의 전위인 접지전위의 상승을 억제함으로서 안전사고와 같은 인적사고의 예방에 기여한다.
둘째로 확장된 접지시스템 , 특히 직접접지방식의 경우에 꼭 필요한 기준전위는 대지를 '0' 전위로 하므로 , 양호한 접지를 통한 기준전위의 제공은 모든 전기전자 장비를 하나의 대 규모 시스템이 되는 것을 가능하게 한다 . 접지란 통신장비 혹은 전기설비와 같은 시스템을 대지 즉 지구에 전기적으로 접속시키는 것을 말한다 . 이러한 대지와 설비 간의 전기적 접속 을통해사람및전기설비혹은전기기기의 안전을확보하며 , 또한통신장비 , 제어장비그 리고 전자및전기설비의 안정적 운용을확보할수있게한다.
그리고접지설계단계에서는 설치 기기의특성 , 시공위치의 지질 특성및외부환경등을 고려한 신뢰성 있는 설계를 통해 경제적으로나 안전면에서 최적의 접지시스템을 선택하고, 또한 기준 접지 저항치와 접지공법 그리고 접지재료의 선택까지 전반적인 접지특성이 반영 되어야 한다 . 신뢰성 있게 설계된 접지시스템의 효과를 최대한 얻기 위해서는 확실한시공 이 병행되어야 하며 , 또한 시공된 접지의 정확한 측정과 분석은 접지로 인하여 발생할 수 있는 만약의 사태를 최대한 예방한다 . 또한 안정적 접지는 누설전류 혹은 고저압 혼촉에 의한 감전사고를 예방하고 , 낙뢰나 뇌 서지로 인한 인명 혹은 설비의 피해나 화재를 예방하 여인명의 안전및기기의 안정적 운용을확보할수있도록 한다. 따라서 현대의 산업설비 및 기술의 눈부신 발전과 초 고속통신의 고도 정보화 시대에 맞는 접지의 중요성과 설치 목적에 부합된 접지시스템의 시공은 절대적이며 , 이를 통해 우리는 안전성이나 경제성면에서 많은 유익을 얻을 수 있다.
접지의 필요성
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전기적 피해로부터 시설물을 보호하기 위함
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전기기기 원활한 기능을 확보하기 위함
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전기적인 충격으로 부터 인명을 보호하기 위함
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충격전류를 대지로 신속히 방류하기 위함
접지와 밀접한 관계인 전기적 특성에 영향을 미치는 불확실한 요소가 많아 접지저항치 결 정이 이론적인 계산만으로는 결론을 내리지 못하는 경우가 많으므로 현장의 오랜 경험을 바 탕으로 깊이 이해가 요구되고 있다.
접지의 분류
접지의분류에 관해서는 , , , , 조건에따라많은
사용분야 목적 접속형태 접속위치 시공방법등의 종류로 분류할 수 있으나 이론상의 분류로 , 그 뜻이 무의미해져 버린 경우가 많아 접속형태 에 따른 공통 독립접지에 관해서만 살펴본다 .
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공통접지 공통 접지는 여러 다른 시설인 통신 시스템 , 전기설비 , 제어설비 및 피뢰설비와 같은 여러 설비를 하나의 접지전극을 구성하여 공통으로 접속하여 사용하는 접지 방식이다 . 즉, 하나 의 건축물 부지 내에서 접지선 혹은 철골 구조를 이용 각각의 접지 전극을 연접하여 공통 접지를 구성하고 , 접지를 필요로 하는 모든 설비를 이 공통접지에 접속는 방법이다 .
① 접지선이 짧아지고 , 접지 배선 및 구조가 단순하여져 보수 점검이 쉽다 .
② 각 접지 전극이 병렬로 연결되므로 합성 저항을 낮추기가 쉽다.
③ 공통의 접지 전극에 연결되므로 등 전위가 구성되어 전위차가 발생되지 않는다.
④ 시공 접지봉수를줄일수있어접지공사비를 줄일수있다.
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독립접지 독립접지는 접지의 성능악화나 접지 손상시 독립적으로 장비나 설비를 보호할 수 있다는 장 점이 있으나 , 시공시 각각의 접지 간에 충분한 이격거리를 두어야 하며 , 서지나 노이즈 전 류그리고뇌전류유입시는장비간에그리고 설비간에 전위차가 발생하여 장비나설비에 손상을 주거나 오동작을 유발하는 단점이 있다 . 독립접지 시공시 하나의 접지에 의해 다른 쪽 접지가 전위 상승을 일으키지 않도록 하기 위해서는 두 접지간의 거리는 무한대로 이격 되어야 한다 . 하지만 이것은 현실적으로 불가능하므로 , 접지의 전위상승이 일정한 범위 내 에수용되면독립접지로볼수있다.
특성및방식 공통 접지(Common Grounding) 독립 접지(Isolation Grounding)
장 점 뇌 전류로 인한 각각의 장비간에 전위차 발생을 방지 등전위 구성 와 뇌 전류를( ) 여러 접지봉에서 동시에 대지로 방전 뇌 전류 혹은 강한 서지로 인한 기기 손 상시 독립적으로 시스템을 보호 할 수 있 음
단 점 접지 시스템의 문제 발생시 연결된 모든 시스템에 손상을 가져올 수 있음 시스템간에 충분한 이격거리를 확보하고 완전한 전기적 절연이 필수
동작 특성 하나의 접지 시스템에 통신용 보안용, , 피뢰용 등의 접지를 공통으로 연결하는 방식 뇌전류및강한서지전압유입시 시스 템간에 전위차 발생 -기기 손상
접지 설계 접지 저항은 장비의 특성 및 외부 환경 을고려하여가능한 한 낮게 시공 통신용 보안용 피뢰용 등의 기준 접지, , 저항을 달리하여 각각 분리된 접지 시스 템간에 충분한 이격거리를 두고 설치한 후에 개별적으로 연결하는 접지
접지 방식 선택 기준 뇌 전류 및 외부 서지 전압에 의해 발생 하는 시스템간의 전위차 방지 안정적인 . 기기 운용을 목적 각각의 시스템간에 완전한 절연 분리 접지 . 저항은 각각의 시스템에 맞게 다르게 시 공 전기적인 구성 회로 분석 필요 .
국가별 선택기준 미국과 유럽 일본
주의 사항 두 접지 형태 모두 안정적이고 신뢰성 있는 접지 시스템이 가장 필수적이다 접지의 . 불안정은 두 시스템에 나타날 수 있는 모든 문제점이 발생하게 된다 두 접지 시스 . 템이 기기 및 통신장비에 미치는 영향은 완전히 증명되지 못했고 주변환경 및 지 질 구조를 고려하여야 한다
표 1 공통접지 독립접지의 장단점 /
토양별 대지저항률
대지저항률에 영향을 미치는 요인으로는 대지내의 수분의 함유량 , 수분의 화학적 성분 , 토 양의 종류 , 지질 성분 , 대지의온도 및 기후 그리고 지역적 특성등이 있다 . (표-4), ( 표-5) 은 ANSI & IEEE 에서 규정한 대지저항률의 특성을 보여준다 .
종 류 고유저항(Ω)
논습지점토질 , ( ) 2-150
밭 점토질 ( ) 10 -200
논밭, 100 -1,000
산지 점토질 ( ) 200 -2,000
산지 암반지대 ( ) 2,000 -5,000
롬층(Loam, 적토) 50 -500
하천변 사리 옥석 ( , ) 1,000 -5,000
해안 모래지대 50 -100
표 2 토양별 고유저항
지역별 대지저항률 대지 저항률( Ω) 지질 특성
낮은 저항률 지역 100 이하 강 하천 바다에 인접한 저 , , 지대로물이풍부한 지역
중간 저항률 지역 100 ∼ 1,000 지하수가 풍부한 지역으로준 평원지역
높은 저항률 지역 1000 이상 배수가 잘되는 지역으로 자 갈이나 암반의 높은 지역
확인 사항 지역마다 수분 함유 상태 토양의 종류 지층의 구조가 다, , 름으로 접지 설계에 앞서 대지 저항률 측정 그리고 지질 분 석은필수적임.
표 3 지역에 따른 대지저항률
대지고유저항은 동일지역이라도 각 지층별로 그 값이 틀리고 특히 지표면 10m이내는 지층 구성의 변동이 매우 심하여 측정장소에 따라 그 값이 변동이 심하다 . 그 값은 주로 토양의 종류에 따라서 결정된다
.
접지공사의 종류 전기 제 19 조 및 제 20
( 조)
접지공사의 종류 접지 저항치 접지선의 굵기
제종접지공사 1 10 Ω 지름 2.6 mm
제종접지공사 2 변압기의 고압측 또는 특별고압 측 전로의 선 지락전류의 수로1 A 변압기의 고압측의 전로 또150( 는 사용전압이 이하인 특35000V 별고압측 전로가 저압측 전로와 혼촉에의하여 대지전압이 150V 를 넘는 경우로서 초를 넘고 초1 2 이내에자동적으로고압 전로또 는 사용전압 이하의 특별35000V 고압 전로를 차단하는 장치를 설 치할 때는 을 나눈값과 같은 600) Ω 수 지름 고압 전로 또는 제4mm ( 143조 제 항에 규정하는 특별고 1 압 가공전선로의 전로와 저압전 로를 변압기에 의하여 결합하는 경우에는 지름2. 6 mm)
제종접지공사 3 100 Ω 지름 1.6 mm
특제종접지공사 3 10 Ω -
표 4 접지공사의 종류
접지대상 기기
접지대상 기기 사용 전압 접지 종류 비고
피뢰기 피뢰침 , 전체 제종접지 1 타접지와 공용 불가
수배전반 동력반분전반류 계량기함 풀박스 전동기류 , 기타장비류 특별고압 제종접지 1 외함접지 상호공용 가능
저압 제종접지 3 외함접지 상호공용 가능
변압기 중성점 (2차측 ) 제종접지 2 변압기상호간 연접 가능
발전기 중성점 제종접지 3 타접지와 공용 불가
표 5 접지대상기기 전기 ( )
접지대상기기 접지종류
주배선반 (MDF) 제종접지 1
국선단자함 (100 회선 초과 ) 제종접지 1
국선단자함 (100 회선 이하 ) 제종접지 3
MDF 설치기구의각동주전화 단자함 제종접지 3
보안기용접지 제종접지 3
확성기용 증폭기 제종접지 3
표 5 접지대상기기 통신 ( )
공통접지 기술규정(Common Grounding)
특성및방식 공통 접지 기술 규정
접지 구성 빌딩내의 통신전기피뢰 접지를 하 , , 나의 접지에 공통으로 연결하는 접지 IEEE STD 142-1982 IEEE/ANSI STD 81-1983 ANSI/NEPA-70 ANSI/NEPA-780 NEC 규정
접지 저항 접속하는 장비의 가장 낮은 사양을 만 족하는 접지 저항을 규정 대용량 교환장비 또는 * : 1 2Ω Ω 일반 통신 장비 또는 * : 2 5Ω Ω *통신 시스템 : 10Ω
낙뢰 보호 뇌 전류는 전류랑은 크지만 지속시간 이극히짧아신속하고 안전한방전경 로를 구성하여 안전하게 대지에 방전 시킴. 뇌전류용량 이하 * : 1KA~140KA 지속 시간 이내* : 40 S ~ 50 Sμ μ 접지 저항 이하* : 10Ω IEEE STD C62.41 IEEE/ANSI STD 81-1983 ANSI/NEPA-70 ANSI/NEPA-780
확인 사항 공통 접지에 뇌 전류 유입시 각 장비가 등 전위로 구성되어 유입된 전 류는 저항이낮은대지로 방전됨 단 접지봉은대용량의뇌전류를 손 ., 상 받지 않고 안전하게 대지에 방전하기 위한 넓은 표면적 강한 내구 , 성의 접지봉이 필수적임.
표 6 공통접지 기술규정
접지와 Surge 의 관계
인명이나 기기의 보호를 위해서 접지는 설치가 필수적이지만 , Surge 의 측면에서 보면 접지 가 있으므로 인하여 훨씬 많은 Surge 가 유입되며 접지의 성능이 우수할수록 Surge 의 유입은 많아진다 . 그 이유는 낙뢰등으로 지면에 형성된 강한 Surge 가 접지선을 타고 들어가 전기 . 전자 기기의 Ground 의 전위가 상승하므로 부품의 파손을 일으킨다 .