전기안전 자료 9 접지부분 보완자료입니다.

(5) 기타 접지에 관한 지식 1) 접지의 목적 ➀ 누전, 지락전류에 의한 전위상승을 억제하여 인체의 감전을 보호함 ➁ 사고전류나 충격전압으로부터 기기를 보호함 ➂ 누전으로 인한 화재 방지 ➃ 보호계전기의 동작을 확보함 ➄ 전자 ․ 통신기기의 기준전위를 확보하고 Noise를 방지함 2) 접지의 기본 개념 ➀ 접지는 일종의 지락회로를 구성하므로 - 정상시에는 문제가 발생하지 않지만 - 고장시에는 지락회로가 구성되어 큰 고장전류가 발생함 ➁ 계통 운영측면에서 접지는 고장발생시 큰 고장전류를 신속히 차단하는 것이 전제되어야 하는데 신속히 차단을 못하는 경우 접지저항이 충분히 낮지 않다면, 접지극 주위에 대지전위가 상승하여 기기나 인축에 영향을 주어 위험함   3) 본딩이란 ➀ 전위차가 있는 대상물을 등전위하기 위하여 전기적으로 연결하는 것 ➁ 본딩을 할 경우 사고전류를 견딜수 있는 본딩 size로 설치해야 함 ➂ 대형공장, 병원, 피뢰침 접지 등에서 본딩시에는 일반 터미널 접속을 하지 말고 화약용접방식 (캐드웰딩)을 적용해야 함   ※ 부두의 배관 플렌지 양쪽을 본딩하는 이유는? 염해방지, 산화방지을 위해 도장을 하며 전기적으로 완전히 연결시키기 위해 실시함.   4) 수도관, 구조체 등을 등전위 접지하는 이유 (다중접지의 장점) ➀ 접지저항값이 낮다 ➁ 하나가 불량이 되어도 상호보완하여 접저저항값이 안정적이다. ( 시간이 지나도 저항값이 크게 변하지 않는다 ) ➂ 사고전류의 분류개소가 많아 전위를 제한할 수 있고, 지락보호, 접촉전압 등 시스템적으로 유리하다. ➃ 시공비가 경제적이다.   ※ 접지의 목적은 기기의 대지전위를 저감하기 위함이다. ( 대지전위? 절연의 기준전위로서 지락시 건전상의 대지전위를 말함 ) ※ 전압은 상대적인 개념으로 대지는 0V가 아님 ※ 대지 : 어떠한 지점에서나 “0”전위를 얻을수 있는 도전성 토양 ※ 접지극 : 대지와 직접적으로 접촉하여 전기적으로 접속하는 도체 ※ 접촉저항 : 접지극과 대지사이의 접촉저항   5) 바람직한 접지방법 ➀ 접지를 하는 것은 지락전류에 의한 접지계통의 전위상승을 낮추는 것으로 선진국에선 50V 이하로 전위를 낮추는 개념, 전위를 낮춘다는 개념이 좀 더 포괄적임 ( 전위 낮춤 >접지저항 낮춤 ) ➁ 등전위접지일 경우 약전설비에 서지프로텍터를 설치하여 타계통 지락으로부터 보호 ➂ 타계통에 영향을 주는 기기들은 등전위접지 + 계통접지를 추가하는 것이 바람직 ➃ 전위상승을 낮추는 방법는 접지저항을 낮추는 방법과 전위차를 완화시키는 방법이 있는데 오늘날, 전위차를 낮추는 것에 더 중점을 두고 있어, 전기설비간 등전위접지가 바람직함 6) 접지설계 방법 ➀ 국내에선 접지설계시 각 종별 접지저항값이 정해져 있어 안전에 대한 실질적인 고려를 하지않고 있다. ➁ IEC에선 대지의 전위상승이 50V 이하가 되도록 접지저항값을 정하고 있어 실질적인 안전을 고려함 ➂ IEEE에서 접지설계를 보면 ㉠ 대지저항률, 변전실 면적 등의 현장 Data를 입력한다. ㉡ 접지선의 굵기를 정한다. ㉢ 허용접촉전압과 허용보폭전압을 결정한다. ㉣ 일정규격의 접지망으로 예비설계를 한다. ㉤ 표를 이용하여 대지의 전위상승값을 구한다 ㉥ 허용접촉전압과 보폭전압보다 낮도록 설계 ㉦ 높으면 접지망을 보완하여 대지의 전위상승값이 허용전압보다 낮을때까지 설계를 함 7) 접지를 목적별로 분류 목적별로 분류하면 보호용접지와 기능용접지로 분류됨 ➀ 보호용 접지 (대전류, 저주파용) ㉠ 사람과 전기기기의 안전을 확보하기 위한 접지로 지락사고시 사고전류를 대지로 방출함 ㉡ 계통접지, 기기접지, 뇌해방지용 접지, 지락검출용 접지 ➁ 기능용 접지 (소전류, 고주파용) ㉠ 전기기기의 안정적인 작동을 위해 필요한 접지로 전위차를 없애기 위해 기준전위점을 설치한다. ㉡ 정전기방지용 접지, 잡음방지용 접지, 기능용 접지 ➂ 보호용 접지를 만족시켜야 기능용 접지를 할수 있다.   8) Δ결선, Y결선일 경우 대지전위 ➀ Y결선에서 선간전압은 상전압의 √3배이며 대지전위는 상전압이다 ➁ Δ결선에서 선간전압은 상전압이며 대지전위는 선간전압이다. ➂ 비접지인 경우 Y결선, Δ결선 모두 대지전위는 선간전압이다. ➃ 22.9kv에서 대지전위는 13.2kv이여서, 송전선을 18kv급의 절연전선을 사용한다.   9) IEC에서 요구하는 접지조건 ➀ 지락전류를 안전하게 대지로 방류 ⌍ ➁ 저항값이 일정하게 오래 유지 ➂ 접지극이 부식되지 않아야 (이 조건을 만족하려면 다중접지를 실시해야함)   ◎ 개별접지인 경우 접지저항값이 토양, 계절에 따라 변하고/ 과도주파수에 따라 저항값이 차이가 나고 / 접촉저항이 변한다. 따라서, IEC기준을 만족하지 못함   ◎ IEC 60364의 접지방식 기기외함(대지)의 전위상승이 50V 이하가 되도록 접지저항값을 정하고 있음 그리고, 감전보호는 계통접지에 의한 방법이 기본이고, 누전차단기는 부가적인 보호수단임 ◎ 전선의 굵기가 10㎟ 이하의 이동용기기는 TN-C 계통을 적용하면 안되고 TN-S 계통을 적용해야 함 ◎ TN-C 계통에서 PEN도체는 여러개의 접지극에 접속해야 함 ◎ TN-C-S 계통에서 TN-C 계통을 TN-S 계통뒤에 설치하면 안됨 (TN-S 계통의 중성선이 끊어지면 뒤에 있는 보호도체도 끊어지게 되어 위험함) 10) 접지방식에 대하여 국내방식과 IEC60364방식의 비교 ➀ 국내방식 접지를 각 종별로 구분하고 각 저항값을 규정하여 적용함 ㉠ 제1종은 특고압 계기용변성기 2차측전로, 특고압기기 철대 및 외함, 피뢰기 접지 등의 고전압의 침입우려가 있고 위험도가 큰 경우 적용하며 접지저항값 10Ω 이하임 ㉡ 제2종은 고압, 특고압과 저압이 혼촉사고시 저압기기의 절연파괴를 방지하기 위해 접지점의 전위가 150V를 넘지 않도록 하는 것임 (150/1선지락전류) ㉢ 제3종은 400V 미만의 기기 철대의 접지로 누전시 감전의 위험을 방지하기 위해 설치하며, 100Ω 이하임 ㉣ 특별 제3종은 400V 이상의 저압기기 철대의 접지로 누전시 감전의 위험도가 큰 경우에 적용하며 10Ω 이하임   ➁ IEC60364 접지방식 전력계통과 기기외함의 접지방식에 따라 TN방식, TT방식, IT방식으로 나뉨 ㉠ TN방식 (TN-C, TN-S, TN-C-S) - 전력계통을 접지를 하고, 기기외함은 보호도체를 통하여 계통접지와 연접함 - 사고전류가 도체를 통해 계통으로 귀환하기 때문에 접지저항값이 적어 인체에는 전류가 흐르지 않는다 - 누전은 바로 단락으로 이어져 과전류차단기로 누전을 보호함(TN-C) - TN-C방식은 보호도체가 단선이 되면 위험하므로 TN-S방식이 보다 안정적임 ㉡ TT방식 - 전력계통을 접지를 하고, 기기외함은 독립된 접지를 함 - 사고전류가 대지를 통해 귀환하기 때문에 대지의 조건에 따라 인체로 전류가 통과할 수 있음 - 누전차단기로 누전을 보호함 ㉢ IT방식 - 전력계통을 비접지나 고저항접지를 하고 기기외함은 독립된 접지를 함 - 계통이 절연되어 있어 폐로가 구성되지 않아 감전되지 않는 원리지만 대지-선로간 정전용량이 큰 경우 감전될 수 있다. - SGR, OVGR+GPT 또는 접지용변압기와 차단기를 조합하여 누전을 보호함   세계각국은 일반적으로 TN방식을 많이 사용하고 있으나 도시는 TN방식, 농촌은 TT방식, 병원은 IT방식을 많이 사용함 11) TT, TN, IT 접지계통의 감전보호 방법 ➀ TN계통 : 차단기, 퓨즈 등 과전류차단기로 고장전류를 차단 (TN-S방식은 누전차단기로 보호 가능) ➁ TT계통 : 누전차단기로 고장전류를 차단 ➂ IT계통 : 절연감시장치(SGR, OVGR+GPT)와 차단기를 조합하여 고장전류를 차단 위 3가지계통은 감전보호 측면에서 모든 설치와 운전규정이 준수된다면 동일하다 따라서, 운전조건, 전원계통, 부하의 종류에 따라 적정한 시스템을 선정해야 함 12) 국내 현재 접지계통 ➀ IEC 60364 적용범위는 AC 1,000V, DC 1,500V 이하로 국내에선 저압설비만 해당됨 ➁ 현행 전기설비 기술기준에선 동일설비내에서 IEC규격과 혼용을 금지하는데 (특)고압 - 현행 해석, 저압 - IEC규격을 혼용하여 적용할 수도 있다 ➂ 일반 저압수용가의 접지계통을 보면 TT방식이긴 하지만 실제 TN-S 계통도 많이 사용함 ➃ 접지극 - 전기실 접지단자함 - 수배전반 - 분전반 까지 접지선으로 연결하고, 접지단자함에서 각 접지극을 접속하는 경우가 많으므로 TN-S 계통이 많이 설치되어 있음 13) 누전차단기를 TN-C 계통에서 사용하지 않는 이유 ➀ TN-C 계통은 중성선과 접지선을 공통으로 사용하기에 기기외함에 지락전류가 발생시 인입점과 인출점의 합이 “0”이되어 누전차단기는 동작하지 않는다. ➁ 그러나, TN-C 계통에서는 누전은 바로 단락이므로 과전류차단기가 동작하여 보호한다. 14) TN-C 계통의 문제점 ➀ 공통선(중성선, 접지선)이 단선될 경우 감전의 위험이 높다 ➁ 누전차단기를 사용하지 못하여 수㎃의 미세한 누설전류에는 동작하지 않는다 ( 즉, 누전보호가 되지 않음) ➂ 실제, 감전이나 전기화재는 수㎃에서 발생함 ➃ 계통에서 누설전류는 반드시 존재하고, 단상부하가 많은 경우 상간 불평형이 생겨 접지선에 누설전류 및 순환전류가 흐르지만 TN-C계통에서 확실한 지락검출이 어렵다 14) 국내접지 system 문제점과 대책 ➀ 개요 ㉠ 지락사고시 접지system 상황에 ‘따라 안전확보가 틀려지므로 접지system을 어떻게 조화롭게 구성하느냐가 매우 중요함. ㉡ 국내 수용가의 접지방식은 일본방식을 모방하여 개별접지인 TT방식이고 한국전력측은 다중접지인 TN-C방식이라 많은 문제점이 야기됨 ㉢ 대부분의 선진국은 전원계통과 수용가계통이 일치하는 접지방식으로 미국 NEMA에선 TN방식과 TT방식이 서로 공유할 수 없는 방식이라 발표함 ➁ 국내 접지방식의 문제점 ㉠ TT방식은 접지저항이 커 지락전류가 적게 흐르는 개념으로 접지선 굵기가 2.5㎟부터 시작하는데 보강할 필요가 있으며, 미국의 TN-C방식에선 14㎟부터 시작함 ㉡ 현재의 1,2,3,특3종의 접지저항값은 2종을 제외하고 전혀 근거가 없다 (2종은 (특)고압과 저압이 혼촉사고시 저압기기의 절연파괴를 방지하기 위해 접지점의 전위가 150V를 넘지 않아야 함 (150/1선지락전류) ) ㉢ 국내 많은 수용가에선 TT방식임에도 공용접지방식을 채택하고 있어 보호계전기 선정 및 보폭전압과 접촉전압의 기준을 정할 수 없음 ㉣ 국내 접지방식은 IEC에서 권고하는 방식과 일치하지 않음 ㉤ 국내 접지방식은 안전의 최종보루인 누전차단기가 동작할 수도 있고, 동작않을 수도 있음 ➂ 대책 ㉠ TN방식과 TT방식을 혼용으로 사용하고 있어 많은 문제점이 있으므로 우선, 수용가측의 접지방식을 TN방식으로 일치시켜야 함 ㉡ TN-C방식의 경우 누전차단기를 사용하지 못하여 MCCB을 사용하는데, 실제 수㎃의 미세한 전류에서 감전, 전기화재가 발생하므로 MCCB는 이에 동작하지 않으므로 TN-S방식을 사용하는 것이 바람직함 따라서 TN-C TN-S방식을 정확하게 이해하는 것은 중요하다 ㉢ 또한, 국내기술기준이나 규정을 보완하여야 하고 전기안전공사의 검사기준도 변경되야 함 15) 전기설비 기술기준(2010년 1월 개정) 접지설비의 주요내용 ➀ 공통접지를 적용함 공통접지의 경우 접지전류에 의한 전위 상승이 접지를 공용하고 있는 모든 설비에 파급될 위험이 있다. 일반적으로 낮은 접지저항과 경제성 측면에서 공용접지를 많이 사용하고 있다. -직렬접지 : 접지점으로 부터 각각의 기기로 접지선을 직렬로 접속하는 것으로 시공이 간편하고 경제 적이지만 각 장비 사이에 접지 전위차가 발생할 수 있다. -병렬접지 : 주접지점으로 부터 접지선을 병렬로 각각의 기기에 접속하는 것으로 각 장비간 등전위를 형성할 수 있으며 장비 상호간 영향을 받지 않아 양호한 접지를 구성할 수 있으나 시공이 복잡하고 비용이 많이 든다. -직 병렬접지 :분전반 단위로 병렬접지를 하고 전체를 직렬접지 하는 것으로 경비,성능비에서 권장할 만한 방법이다.     ㉠ 고압(특고압)과 저압의 접지극이 근접할 경우에는 공통접지를 할수 있다. ㉡ 이때, 고압(특고압) 계통의 지락사고로 저압에 가해지는 과전압이 일정전압 [(선간전압 + 250V(지락 5초이내), +1,200V(5초이상)]을 넘으면 안된다. ➂ 전원접지, 피뢰접지, 통신접지의 접지극을 공용으로 통합접지를 할 수 있는데, 이 경우 낙뢰 등으로부터 전기설비를 보호하기 위해 서지보호장치를 설치해야 함. ➁ 접지선의 굵기가 변경 기존 개정 1종 2.6㎜ 연동선 6㎟ 연동선 2종 4.0㎜ (2.6㎜) 16㎟ (6㎟) 연동선 ( 특(고)압 - 저압이 변압기로 결합시 ) 3종 1.6㎜ 2.5㎟   ➂ 주택 등 저압수용가에 TN-C-S방식 접지공사를 실시할 수 있다. 이 경우, 중성선 겸용 보호도체(PEN)는 고정 전기설비만 사용하고 구리 10㎟이상을 사용하여 등전위접속을 해야 한다. 따라서 TN-C-S방식이 출제될 소지가 많음   16) 2010년 개정안에서 공통접지를 적용한 이유 ➀ 한국은 Y결선인 전력공급계통으로서 개별접지보단 공통접지가 더 적합하다. (대부분의 나라에서는 Y결선으로 공통접지를 채용함) ➁ 접지의 목적은 기준전위를 확보하는 것으로 이를 위해서는 전원접지, 피뢰접지, 통신접지 등을 등전위시켜야 한다. ➂ 그리고, 낙뢰 등의 서지로부터 기기를 보호하기 위해선 등전위를 유지하여야 하는데 공통접지방식이 더 유리하기 때문임