접지요청검사

[은원명]

일반사항
     접지는 전력?전자?통신분야에서 중요한 역할을 하고 있으며 계통접지, 기기  접지 , 피뢰접지 등의 보안용접지와 잡음대책의 기능용접지로 대별(��되고 있다. 보안용접지는 인체와 전기설비의 안전을 확보하기 위함이고, 기능용접지는 전자?통신설비의 안정된 가동을 확보하기 위한 것이다.
     접지는 전기설비와 대지사이에 확실한 전기적 접속을 실현시키는 기술이며 이들을 접속하기 위한 매체가 접지전극이다. 접지전극과 무한대지 사이에는 전기적  저항 즉, 접지저항이 있기 때문에 지락전류가 발생하면 접지전극 부근에 전위가 상승하여 여러 가지 장해를 일으킨다. 따라서 이러한 장해가 없도록 하거나 최소화하기 위한 조치가 접지의 목적이라 할 수 있다.
     접지에 대한 관점은 북미나 유럽에서 다루는 접지와 일본과 우리나라에서 다루는 접지가 차이가 있다. 구미의 접지는 전위의 경감에 역점을 두고 있으나  일본과 우리나라는 접지저항 저감을 통하여 접지의 목적을 달성하려하고 있는  점이 다르다. 그러나 이에 대한 기술적 동향은 구미에서 취하는 등전위 개념에 동의하고 있는 추세이다
     접지저항은 지중의 온습도 변화에 따른 영향을 받고 있기 때문에 항상 일정하지 않으며, 여름철은 낮고, 겨울철은 높게 나타난다. 따라서 접지저항 측정은 준공시 뿐만 아니라 사용중에도 정기적으로 측정하여 항상 전기사업법에  명시된 규정값 이하로 유지될 수 있도록 관리하여야 한다.
3.2 접지의 목적 및 종류
3.2.1 목 적
     접지는 그 목적에 따라 여러 가지로 분류할 수 있는데 전력계통의 지락사고나  전기기계?기구의 누전 등의 전기사고에 의한 감전, 화재, 폭발, 전기기기의 손상?오동작 방지를 위한 접지와 정전기, 낙뢰로 인한 재해를 최소화시키기  위한 것을 주목적으로 하며 그 종류는 다음과 같다.
     ○ 인축보호 등을 목적으로 하는 전기기기의 열화 또는 손상으로 인한 감전 방지(기기외함접지)

○ 고저압 혼촉시 이상전류?전압의 상승 억제와 절연강도 경감에 의한  설비 보호와 감전방지(계통접지)
     ○ 낙뢰 등에 의한 기기 및 구조물의 손상방지를 위한 뇌해방지(피뢰접지)
     ○ 송배전선, 고저압 모선 등에서 지락시 보호장치의 확실한 동작(계통접지)
     ○ 정전기 장해방지
     ○ 노이즈 방지 및 기타 유도잡음 등
표 3.1 접지의 목적

3.2.2 종 류
      접지는 역할에 따라 강전용 접지와 약전용접지로 분류할 수 있다. 강전용   접지는 인간과 전기설비나 전기기기의 안전을 확보하기 위한 보안용접지로  정상상태에서는 접지계통에 전류가 흐르지 않지만, 약전용 접지는 전기전자 및 통신설비의 안정된 동작확보를 위한 회로기능용접지로 정상상태에서 전류가 흐르는 차이점이 있다.
접지의 종류는 전로에 시설하는 계통접지와 부하기기의 비충전 금속외함 등에 시설하는 기기접지로 분류된다.

계통접지는 고압과 저압의 혼촉에 의해 발생되는 2차측 전로의 재해를 방지하기위한 접지로 전기설비기술기준 제21조와 제26조(제2종접지)에서 규정하고 있다.
기기접지는 전기기기의 비충전부를 대지에 접속하는 접지로 전기설비기술  기준 제21, 36조에서 제1, 제3, 특별 제3종 접지로 구분하여 규정하고 있다.

3.3 접지저항
3.3.1접지저항 정의
     접지시스템에는 대지와 접촉되는 접지전극(접지봉)과 접지봉에 연결되는 피접지체 그리고 이 둘을 연결하는 접지도선으로 구성된다. 따라서 접지저항에는 이들 3종류의 저항성분이 포함된다.
     1. 접지도선의 저항 및 접지전극의 자체저항
     2. 토양과 접지전극 표면과의 접촉저항
     3. 접지전극 주위의 대지저항
     1항은 도체의 저항이므로 거의 무시할 수 있을 만큼 작다. 위의 세가지 구성요소중 3항은 접지저항의 설계에서 가장 중요하며 이 저항의 크기를  결정하는 것이 대지저항률이다.
3.3.2 접지저항 저항구역
     접지전극과 전류전극을 이격시키면 왜 전위분포 곡선에 수평부분이 발생하고  양쪽 전극은 관계가 없다고 판단할 수 있는 지를 설명하기 위해서는 저항구역이라는 개념을 도입할 필요성이 있다.
     원래 접지저항은 접지전극 주위의 대지속에 들어 있으며, 그 정도는 접지전극  근처가 가장 크고 접지전극으로부터 멀어짐에 따라 작아지는데, 그 이유는  지중에서의 전류경로의 단면적이 급속하게 커지기 때문이다.
     이론적으로 엄밀하게 따지면 접지저항은 무한히 먼 대지까지 포함되나 실제로는 접지저항의 대부분은 접지전극을 중심으로 무한의 범위내에 들어 있다고 생각해도 되며, 이와 같이 접지전극을 중심으로 해서 대부분의 접지저항이  포함되어 있는 범위를 저항구역(그림 3.1)이라 한다.

표 3.2 목적에 따른 접지종류

 

 

3.3.3 접지공사의 접지저항값
     기기접지는 전기설비기술기준 21조에서 표3.2과 같이 분류하고 접지저항값은 각 접지공사별 접지저항값은 규정치 이하로 유지하여야한다. 제1종접지 접지공사와 특별 제3종접지공사는 종류는 틀리면서 접지저항값은 같지만 접지극 등의 시설 방법에는 차이가 있다.
표 3.3  접지공사별 접지저항값 및 최소굵기

 

또, 제3종접지공사와 특별제3종접지공사의 규정저항값은 100[Ω]과 10[Ω]으로 크게 차이가 나는 것은 사용접압 크기에 의한 지락 등 사고시 사고전류가 커지기 때문에 대지전위가 용이하도록 하기 위한 것이다.

3.4 접지방식
3.4.1 접지극의 형태
     하나의 건출물이나 구내에서 여러개의 접지를 필요로 하는 경우가 있는데  이들의 접지방식에 따라 그림 4.1와 같은 4종류로 분류할 수 있다.

첫째, 개개를 독립해서 접지한 형태
     둘째, 독립적으로 접지한 접지선을 상호 연결한 형태
     셋째, 접지전극을 공용으로한 형태
     넷째, 건축구조체의 철골이나 철근 부분에 접지선을 연결한 형태가 있을 수 있으며, 이들 접지형태를 크게 두가지로 분류하면 독립접지와 공용접지로 나눌 수 있다.

 

 

3.4.2 독립접지
     독립접지는 개별적으로 접지공사를 하는 방식으로서 이상적인 독립접지는  그림 3.3과 같이 2개의 접지전극이 있는 경우에 한쪽의 접지전극으로 전류가 흘러 들어가도 다른쪽 접지전극에 전혀 전위상승을 일으키지 않는 경우이며, 이러한 경우는 실제로 2개의 접지극을 무한대의 거리만큼 떨어지도록 하지  않으면 완전한 독립접지라 할 수 없다. 따라서 현실적으로 전위상승이 일정 범위 안에 들어가면 독립접지로 간주하고 있으며, 전위상승을 억제하기 위한 이격거리는 다음 세가지 요인에 의존한다.
     ① 발생하는 접지전류의 최대값
     ② 전위상승의 허용값
     ③ 그 지점의 대지저항률
     여기서 봉모양의 접지전극(지름 7㎜, 길이 3m)에 I[A]의 접지전류를 흘렸을 때 접지전류(I)에 의한 전위상승(ΔV)과 이격거리(S)의 관계는 표 3.4와 같다.

 

 

3.4.3 공용접지
     l개소 혹은 여러 개소에 설치한 공통의 접지극에 개개의 설비기기를 모아서 접속하여 접지를 공용하는 것이다. 공용접지방법은 독립된 접지를 상호 연결하는 것과 접지선을 한곳으로 모으는 것 그리고 건축구조체에 접지선을 연결하는 방법 등이 있다
     1. 공용접지의 장점
        공용접지가 독립접지보다 유리한 점은 표 3.5와 같다.

 

2. 공용접지의 문제점
         공용접지의 경우 접지를 공용하고 있는 설비중 어떤 설비에 접지전류가 발생하면 그것은 대지로 유출하게 되는데 이때 각 접지전극에는 다소의 접지저항이 있기 때문에 접지점의 전위가 상승한다. 독립접지인 경우는 접지전류에 의한 전위상승이 독립접지전극에만 한정되지만 공용접지에서는 접지전류에 의한 전위상승이 접지를 공용하고 있는 모든 설비에 파급되는 단점이 있다. 전위상승 파급의 위험에 대해서는 접지 시스템의 접지저항이 매우 작은 경우는 거의 문제가 되지 않는다. 이러한 기능을 할 수 있는 것이 건축 구조체를 접지전극으로 활용하는 방법이다. 따라서 접지를 공용하는 경우에는 공용접지에 의해 서로 연결되는 모든 설비에 대하여 발생하는 접지전류의 성질과 전위상승이 기기에 미치는 영향 등을 점검해볼 필요가 있다.

3.5 접지선 굵기 산정
     접지선은 지락전류나 뇌전류가 흘렀을 경우 용단되거나 피복이 소손되면   주위의 가연물 등에 위험이 미치게 되므로 이 온도에 견딜 수 있도록 도체의 단면적을 충분히 해야 한다. 이 전류용량 외에 기계적 강도, 내식성에 대해서도 검토해야 한다.
3.5.1 각국의 규격
     접지망을 구성하는 요소(도체, 접지선, 접지동봉)중 접지선은 다음과 같은   조건을 만족하여야한다.

 

(3.1)
여기서, I : 접지선에 흐르는 전류[㎄],        A : 도체 단면적[㎟],
       Tm : 최대 허용온도[℃],             Ta : 주위온도[℃],
       Tr : 기준온도[℃],                  α0 : 0℃일 때 도체의 열 저항률,
      αr : Tr일 때 도체의 열 저항률,      tc : 통전시간[s],
      ρr : Tr일 때 도체의 저항률[μΩ/㎤],
      TCAP : 열용량 계수[J/㎤?℃],      K0 : 1/α0,
접지선 재료에 주로 쓰이는 금속의 물리적인 정수는 표 3.7과 같다.
표 3.7 접지선 재료의 물리적인 정수

 

    1) 계산조건
            접지선 굵기를 계산할 때 물리적인 정수 이외에 필요한 최대허용온도 및   주변 온도에 대한 제한조건은 없다.
         2) 계산결과
            접지선의 굵기를 고장전류 크기별, 고장지속 시간별로 계산한 결과는 표 3.8과 같다.
표 3.8 ANSI / IEEE 규격에 의한 접지선 굵기 계산결과                                    [단위 : ㎟]

 

 

  

  수식 3.3을 이용하여 계산할 경우 전원측 과전류차단기의 동작특성과 관계되며 다음과 같은 조건을 제시하고 있다.
            ① 접지선에 흐르는 고장전류는 전원측 과전류차단기 정격전류의 20배로 한다.
            ② 과전류차단기는 정격전류의 20배가 흐를 때 0.1초 이내에 동작한다.
            ③ 고장전류가 흐를 때 접지선 주위온도는 30℃로 한다. (따라서, 허용온도 상승은 120℃가 된다.)
            ④ 고장전류가 흐를 때 접지선 최대허용온도는 150℃로 한다.
         2) 계산결과
            고장전류 크기별, 고장지속시간별 접지선의 굵기(동선)를 계산한 결과는 표 3.12와 같다. 단, 고장지속시간이 0.1초인 경우 위 계산조건에서 제시한 것에 따라 계산한 결과지만, 나머지는 앞의 다른 규격과 계산결과를 비교하기 위해 주변온도는 30℃, 최대허용온도는 250℃를 적용한 데이터이다.
            설비기기에서 접지극까지의 접지선은 일반적으로 600V 비닐절연전선(IV)이 사용되고 피복은 녹색이며 최고허용온도는 60℃이다. 또한 기타 접지선에는 600V 비닐절연 캡타이어 케이블(VCT), 이중비닐절연전선 등이 이용되고 있다.
표 3.12  일본규격에 의한 접지선 굵기 계산 결과

 

 

   4. 전기설비기술기준(내선규정포함)
       접지선의 굵기는 기계적 강도, 내식성, 전류용량을 고려하여 전원측에 시설한 과전류차단기의 동작 특성에 관련하여 선정하고 각 접지공사마다 접지선 굵기는 전류

 

발달로 전위강하법에서 전위차계법을 많이  사용하고 실정이다.  전위차계법을 이용한 방식의 계측기는 디지털 접지저항계, 대지저항률측정기 등으로 주로 소규모 접지설비 측정에 사용되고, 대규모접지설비(메시, 구조체 접지)는 시험전류공급방식으로 접지저항을 측정한다.

3.6.1 전위강하법
     접지저항의 정의는 어떠한 접지전극에 전류 I를 유입하였을 때 접지전극의 전위가 주변대지에 비하여 V만큼 높아지게 되는데 이때의 전위상승값과 유입전류의 비를 그 접지전극의 접지저항 R이라 한다. 이러한 원리를 이용하여 접지 저항을 측정하는 방법을 전위강하법이라하며 그 구성은 그림 3.4와 같다.
     이 그림에서 E는 측정하고자 하는 접지전극이고 C, P는 측정용 보조극으로 C를 전류보조극, P를 전위보조극이라 한다. 여기서 EC간에 공급하는 전원은 직류를 사용할 경우 전기화학작용이 발생하기 때문에 교류를 사용하며, 이때 교류의 주파수는 전력계통의 유도신호를 쉽게 분리하도록 상용 이외의 주파수를 사용하는데 너무 높은 주파수는 리드선의 인덕턴스나 용량성이 작용하여 일반적으로 1㎑이하를 채택하고 있다. 접지저항 측정은 EC간에 흘려준 전류 I에 의하여 보조전극 P와 E간의 전위차를 V라 하였을 때 V/I로 측정한다. 여기서 보조전극의 거리에 의하여 오차가 발생할 수 있는데 그에 대한  검토는 전위분포곡선 작성으로 할 수 있다.
3.6.2 전위분포곡선
     전위분포곡선은 그림 3.5와 같이 나타난다. 이 그림은 전류분포와 등전위선을  함께 나타내고 있는데 전극 E부근에서는 전위가 급격이 증가하고 중간지점에서는 완만하다가 C전극부근에서 다시 증가하며 전극위에서는 인가전압과   같아진다. 이 현상을 전류분포로 설명하면 E와 C부근에서는 전류밀도가 크기  때문에 전위의 변화가 크지만 중간에서는 전류밀도가 작기 때문에 전위의   변화도 적다. 전위분포곡선은 전극 E에서 일정거리의 지점에 C극을 박고 EC의 직선구간에서 P극을 이동시켜가면서 EP간의 전위차를 측정하여 가로축을 EP간의 거리로 하고, 세로축을 전위차의 측정값으로 하여 전위분포곡선을 나타내면 그림 3.6과 같이 그려진다.

그림 3.6은 EC간의 거리를 C1, C2의 2종류로 하였을 경우의 전위분포곡선 P1, P2를 그린것으로 전위분포곡선 P1은 중앙에 수평부가 없고, P2곡선은 수평부가  있다. 따라서 접지저항 측정시 E와 C는 적당한 거리로 이격하고 P극은 전위분포곡선상의 수평부에 박고 측정하여야 오차를 줄일 수 있다.

3.6.3 접지저항 측정기준 및 방법
     접지저항의 측정은 전위강하법이 기본이다. 이 방법은 그림 3.7과 같이 접지저항의 정의에 기초를 둔 원리이고 가장 일반적으로 많이 사용하고 있는 직독식 접지저항계는 전위차계식과 전위강하식이 있다. 전위차계식은 시험전압 및 전류를 가변하는 방식이고, 전위강하식은 시험전압?전류가 일정한 방식이다.
     즉, 국내에 가장 많이 공급되어 사용하고 있는 접지저항 계측기는 전위강하법이다. 접지방식의 형태에 따른 측정방법은 표 5.9와 같다.
     일반적으로 봉접지 등 소규모 접지설비에 대한 접지저항 측정은 KSC, JIS의 규정에서 접지체와 전위보조극, 전위보조극과 전류보조극간의 이격거리는 대략 5～10정도로 규정하고 있으며, IEEE, NEC에서는 접지봉 길이의 약 5～10배가 좋다고 되어있다.

 

 

[출처] 접지 요청검사 |작성자 전기

출처: https://blog.naver.com/sunbo777/60024338893