접지
접지는 전기설비의 일부 또는 전기기기의 금속제 외함을 대지와 전기적으로 연결하여 감전, 화재, 설비손상, 이상전압 등을 방지하는 전기안전조치이다.
접지는 전기설비에서 발생할 수 있는 누전전류, 지락전류, 이상전압, 정전기 등을 안전하게 대지로 흘려보내기 위한 조치이다. 전기기기의 절연이 손상되어 금속제 외함에 전압이 걸리면 사람이 접촉할 때 감전될 수 있는데, 접지를 하면 외함의 전위를 낮추고 보호장치가 동작할 수 있도록 한다.
접지는 감전 방지뿐 아니라 전기설비의 안정적 운전, 고저압 혼촉 시 위험전압 억제, 낙뢰와 정전기 방전, 전자기기 보호 등 다양한 목적으로 사용된다. 산업현장에서는 보호접지, 계통접지, 기능용 접지, 등전위 접지 등이 중요하게 다루어진다.
접지의 목적은 다음과 같다.
- 누전 시 감전위험을 줄인다.
- 고장전류를 대지로 흘려 보호장치를 동작시킨다.
- 전기기기의 금속제 외함 전위를 낮춘다.
- 고저압 혼촉 시 이상전압을 억제한다.
- 지락사고를 검출하기 쉽게 한다.
- 낙뢰와 정전기 전하를 안전하게 방전한다.
- 전자기기와 제어설비의 안정적 동작을 돕는다.
- 의료기기 등 특수설비의 전위차를 줄인다.
접지는 전기설비의 도전성 부분을 접지선과 접지극을 통해 대지와 연결하는 방식으로 이루어진다. 누전이나 지락이 발생하면 전류가 접지경로를 통해 대지로 흐르고, 이를 통해 외함의 전위 상승을 줄이거나 차단기·누전차단기가 동작하도록 한다.
접지의 효과는 접지저항이 낮고 접지선이 확실히 연결되어 있을수록 높아진다. 접지선이 끊어져 있거나 접지저항이 지나치게 크면 접지가 되어 있는 것처럼 보여도 감전 방지 효과가 낮아질 수 있다.
접지설비는 일반적으로 다음 요소로 구성된다.
- 접지대상
- 접지선
- 접지단자
- 접지극
- 대지
- 접속부
접지대상은 전기기기의 금속제 외함, 전기설비의 중성점, 피뢰설비, 정전기 발생 설비 등이 될 수 있다. 접지극은 접지봉, 접지판, 접지망 등 대지와 접촉하여 전류를 흘리는 부분이다.
보호접지는 전기기기의 금속제 외함에 누전이 발생했을 때 감전위험을 줄이기 위한 접지이다. 전동기, 분전반, 이동식 전기기계·기구, 용접기, 금속제 조명기구 등에서 중요하다.
보호접지의 기능은 다음과 같다.
- 누전 시 외함 전위 상승을 억제한다.
- 고장전류가 흐를 경로를 만든다.
- 과전류차단기 또는 누전차단기의 동작을 돕는다.
- 사람이 외함에 접촉할 때 인체에 흐르는 전류를 줄인다.
보호접지는 감전 방지대책의 기본 요소이며, 누전차단기와 함께 적용하면 효과가 높다.
계통접지는 전력계통의 중성점 또는 한 점을 대지와 연결하는 접지이다. 계통접지는 전력계통의 기준전위를 안정시키고, 고저압 혼촉이나 지락사고 시 이상전압을 억제하는 역할을 한다.
계통접지의 주요 목적은 다음과 같다.
- 고저압 전로의 혼촉 시 저압측 전위 상승을 억제한다.
- 전력계통의 기준전위를 안정시킨다.
- 이상전압을 제한한다.
- 지락사고 시 보호장치의 동작을 용이하게 한다.
지락검출용 접지는 지락사고를 확실하게 검출하고 차단기를 동작시키기 위한 접지이다. 지락은 전로의 일부가 대지 또는 접지된 물체와 비정상적으로 연결되는 사고를 말한다.
지락검출용 접지는 다음과 같은 역할을 한다.
- 지락전류가 흐를 경로를 제공한다.
- 보호계전기나 차단기가 지락을 검출하게 한다.
- 고장구간을 신속히 분리하게 한다.
- 지락사고의 확대를 방지한다.
기능용 접지는 전자기기, 계측기기, 통신설비, 제어설비 등이 안정적으로 작동하도록 하기 위한 접지이다. 감전방지보다는 설비 기능의 안정성이 주된 목적이다.
기능용 접지가 필요한 설비는 다음과 같다.
- 제어반
- 계측설비
- 통신설비
- 컴퓨터 설비
- 자동화설비
- 인버터 및 전력변환장치
- 정밀 전자장비
기능용 접지는 전자파 잡음, 기준전위 불안정, 신호오류 등을 줄이는 데 도움이 된다.
등전위 접지는 여러 도전성 부분을 서로 연결하여 전위차를 줄이는 접지 방식이다. 전위차가 크면 사람이 두 금속체를 동시에 접촉할 때 전류가 흐를 수 있으므로, 등전위 접지를 통해 감전위험을 줄일 수 있다.
등전위 접지는 다음과 같은 장소에서 중요하다.
- 의료시설
- 습윤장소
- 금속제 구조물이 많은 장소
- 전기실
- 통신실
- 정전기 발생 가능 장소
- 낙뢰 영향이 큰 시설
의료기기가 사용되는 장소에서는 작은 전위차도 인체에 위험할 수 있으므로 등전위 접지가 특히 중요하다.
정전기 접지는 마찰, 유동, 분출, 박리 등으로 발생한 정전기를 대지로 방전하기 위한 접지이다. 인화성 액체, 가연성 가스, 분진이 있는 장소에서는 정전기 방전이 점화원이 될 수 있다.
정전기 접지가 필요한 경우는 다음과 같다.
- 인화성 액체 이송
- 탱크로리 주입과 배출
- 분체 이송
- 가연성 가스 취급
- 용제 세척작업
- 도장작업
- 필름, 섬유, 종이 등 절연물 취급작업
정전기 접지는 본딩과 함께 사용된다. 본딩은 두 도전성 물체 사이의 전위차를 줄이기 위해 서로 연결하는 조치이다.
피뢰설비 접지는 낙뢰전류를 안전하게 대지로 흘려보내기 위한 접지이다. 피뢰침이나 피뢰도선이 낙뢰를 받아도 접지극의 상태가 불량하면 건물이나 설비 내부에 위험한 전위상승이 발생할 수 있다.
피뢰설비 접지의 주요 목적은 다음과 같다.
- 낙뢰전류를 대지로 방전한다.
- 건축물과 설비의 손상을 줄인다.
- 화재와 폭발위험을 줄인다.
- 인체 감전위험을 줄인다.
- 전기·전자기기의 이상전압 피해를 줄인다.
전력계통의 접지방식은 중성점 접지 방법에 따라 구분된다. 접지방식은 지락전류의 크기, 이상전압 억제, 보호장치 동작, 공급 신뢰도에 영향을 준다.
대표적인 접지방식은 다음과 같다.
- 직접접지
- 저항접지
- 소호리액터접지
- 비접지
직접접지는 전력계통의 중성점을 도체로 직접 대지에 연결하는 방식이다. 이상전압을 낮게 억제할 수 있고 보호장치가 동작하기 쉬운 장점이 있다.
직접접지의 특징은 다음과 같다.
- 이상전압 발생이 비교적 낮다.
- 지락전류가 크게 흐를 수 있다.
- 보호장치 동작이 비교적 확실하다.
- 고장구간을 신속히 차단할 수 있다.
저항접지는 중성점과 대지 사이에 저항기를 넣어 접지하는 방식이다. 지락전류를 제한하면서도 지락 검출이 가능하도록 하는 방식이다.
저항접지의 특징은 다음과 같다.
- 지락전류를 제한한다.
- 이상전압을 일정 수준으로 억제한다.
- 지락 보호장치의 동작을 가능하게 한다.
- 직접접지보다 고장전류가 작다.
소호리액터접지는 중성점에 리액터를 연결하여 지락전류를 보상하는 방식이다. 1선 지락 시 고장전류를 줄여 아크를 소멸시키는 데 목적이 있다.
소호리액터접지의 특징은 다음과 같다.
- 지락전류를 작게 한다.
- 일시적인 1선 지락에서 무정전 운전이 가능할 수 있다.
- 아크지락을 억제하는 데 유리하다.
- 계통 조정과 관리가 필요하다.
비접지는 전력계통의 중성점을 직접 접지하지 않는 방식이다. 1선 지락 시 전류가 작아 즉시 정전이 발생하지 않을 수 있으나, 다른 상의 대지전압이 상승하고 지락 검출이 어려울 수 있다.
비접지 방식의 특징은 다음과 같다.
- 1선 지락전류가 작다.
- 일시적인 지락 시 운전 지속이 가능할 수 있다.
- 이상전압이 발생할 수 있다.
- 지락점 검출이 어려울 수 있다.
- 2선 지락으로 확대되면 위험이 커진다.
접지저항은 접지극과 대지 사이의 전기적 저항이다. 접지저항이 작을수록 고장전류나 정전기, 낙뢰전류가 대지로 잘 흐를 수 있다.
접지저항은 다음 요인의 영향을 받는다.
- 토양의 종류
- 토양의 수분 함량
- 온도
- 접지극의 크기
- 접지극의 매설 깊이
- 접지극의 수
- 접지극 사이의 간격
- 부식 상태
건조한 토양이나 암반지대는 접지저항이 높아질 수 있다. 반대로 습기가 있는 토양은 일반적으로 접지저항이 낮아진다.
접지저항이 기준보다 높거나 충분한 접지효과를 얻기 어려운 경우에는 접지저항 저감대책을 실시한다.
대표적인 저감대책은 다음과 같다.
- 접지극을 병렬로 매설한다.
- 접지봉을 깊게 매설한다.
- 접지저항 저감제를 사용한다.
- 접지극의 규격을 크게 한다.
- 토질을 개량한다.
- 보조 메쉬를 설치한다.
- 보조전극을 사용한다.
- 접지극 주변의 수분을 관리한다.
접지저항 저감대책은 단순히 측정값을 낮추는 데 그치지 않고, 장기간 안정적으로 유지될 수 있어야 한다.
접지선은 접지대상과 접지극을 연결하는 도체이다. 접지선은 고장전류를 안전하게 흘릴 수 있는 굵기와 기계적 강도를 가져야 한다.
접지선 관리사항은 다음과 같다.
- 단선이나 손상이 없어야 한다.
- 접속부가 견고해야 한다.
- 부식되지 않도록 관리한다.
- 다른 배선과 혼동되지 않도록 표시한다.
- 기계적 손상을 받을 우려가 있는 곳은 보호관을 사용한다.
- 임의로 제거하거나 절단하지 않는다.
접지극은 대지와 직접 접촉하여 전류를 흘려보내는 부분이다. 접지극의 종류와 설치상태는 접지저항에 큰 영향을 준다.
대표적인 접지극은 다음과 같다.
- 접지봉
- 접지판
- 접지동봉
- 접지선 매설
- 접지망
- 건축물 기초접지
접지극은 부식과 기계적 손상을 고려하여 설치해야 하며, 점검이 가능한 구조로 관리하는 것이 바람직하다.
접지에서 접속부는 취약한 부분이다. 접속부가 느슨하거나 부식되면 접지저항이 증가하고, 고장전류가 제대로 흐르지 않을 수 있다.
접속부 관리사항은 다음과 같다.
- 볼트 체결상태를 확인한다.
- 부식과 산화를 제거한다.
- 도전성 접촉면을 확보한다.
- 진동에 의한 풀림을 방지한다.
- 습기와 화학물질에 노출되지 않도록 한다.
- 점검 후 이상이 있으면 즉시 보수한다.
보호접지와 누전차단기는 감전 방지를 위해 함께 사용되는 중요한 조치이다. 보호접지는 누전전류가 흐를 경로를 제공하고, 누전차단기는 그 전류를 감지하여 전원을 차단한다.
두 조치의 관계는 다음과 같다.
- 접지는 외함의 전위 상승을 낮춘다.
- 누전차단기는 누전 발생 시 전원을 차단한다.
- 접지와 누전차단기를 함께 사용하면 감전위험이 낮아진다.
- 접지선이 끊어지면 보호효과가 떨어진다.
- 누전차단기가 있어도 접지관리를 소홀히 해서는 안 된다.
접지는 감전 방지대책 중 하나이다. 전기기기의 외함에 누전이 발생했을 때 접지가 없으면 외함이 위험한 전압으로 상승할 수 있다. 사람이 이 외함을 접촉하면 인체를 통해 전류가 흐를 수 있다.
접지가 있으면 누전전류가 접지선을 통해 흐르고, 외함의 전위 상승이 제한된다. 또한 고장전류가 충분히 흐르면 과전류차단기나 누전차단기가 동작하여 전원을 차단할 수 있다.
접지가 불량하면 접지되어 있는 것처럼 보여도 실제로는 감전과 화재 위험이 남아 있다. 접지 불량은 전기설비의 숨은 위험요인이 될 수 있다.
접지 불량의 예는 다음과 같다.
- 접지선 단선
- 접지선 미연결
- 접속부 풀림
- 접지극 부식
- 접지저항 과다
- 접지선 임의 제거
- 접지와 중성선의 부적절한 혼용
- 가설전기에서 접지 누락
접지 불량은 정기점검과 측정을 통해 확인해야 한다.
접지설비는 설치 후에도 정기적으로 점검해야 한다. 외관상 연결되어 있어도 접속부 부식, 접지선 손상, 접지저항 증가가 발생할 수 있다.
접지 점검사항은 다음과 같다.
- 접지선 연결상태
- 접속부 풀림 여부
- 접지선 손상 여부
- 접지극 부식 여부
- 접지저항 측정값
- 접지표시 상태
- 전기기기 외함과 접지선의 연속성
- 누전차단기와의 연계 상태
접지저항 측정은 접지설비의 성능을 확인하는 방법이다. 측정 결과가 기준에 적합하지 않으면 접지저항 저감대책을 실시해야 한다.
측정 시 유의사항은 다음과 같다.
- 측정기 사용방법을 준수한다.
- 측정 전 접속상태를 확인한다.
- 보조전극 위치를 적절히 선정한다.
- 우천 직후 등 일시적 조건만으로 판단하지 않는다.
- 측정값을 기록하고 추세를 관리한다.
- 이상값이 나오면 재측정과 원인조사를 실시한다.
정전기 접지는 화재·폭발 예방에서 중요하다. 인화성 액체나 가연성 가스를 취급하는 설비에 정전기가 축적되면 방전 스파크가 점화원이 될 수 있다.
정전기 방지를 위한 접지 대책은 다음과 같다.
- 탱크와 배관을 접지한다.
- 주입 전 탱크로리와 저장탱크를 본딩한다.
- 도전성 호스를 사용한다.
- 인화성 액체 이송속도를 관리한다.
- 작업자의 대전 방지를 위해 도전성 바닥과 정전기 방지화를 사용한다.
- 정전기 발생 설비의 접지연속성을 확인한다.
피뢰기와 피뢰설비는 낙뢰나 개폐서지에 의한 이상전압을 대지로 방전하기 위해 접지를 필요로 한다. 접지 상태가 불량하면 피뢰기가 정상적으로 동작해도 전압이 충분히 낮아지지 않을 수 있다.
피뢰기 접지에서 중요한 사항은 다음과 같다.
- 접지경로를 짧고 직선적으로 한다.
- 접속부를 견고하게 한다.
- 접지저항을 적정하게 유지한다.
- 다른 설비와의 전위차를 줄인다.
- 정기적으로 접지상태를 점검한다.
접지를 통한 재해예방 대책은 다음과 같다.
- 금속제 외함 전기기기에 보호접지를 실시한다.
- 접지선의 단선과 부식을 정기적으로 점검한다.
- 접지저항을 측정하고 기록한다.
- 누전차단기와 접지를 함께 적용한다.
- 습윤장소의 전기기기는 접지를 철저히 관리한다.
- 정전기 발생 가능 설비는 본딩과 접지를 실시한다.
- 피뢰설비의 접지상태를 유지한다.
- 접지선의 임의 제거를 금지한다.
- 전기작업자에게 접지의 목적과 점검방법을 교육한다.
접지는 전기안전의 기본적인 보호수단이다. 접지는 감전, 전기화재, 이상전압, 정전기, 낙뢰피해를 줄이며 전기설비가 안정적으로 운전되도록 돕는다.
그러나 접지는 눈에 잘 보이지 않는 안전장치이므로 설치만으로 충분하지 않다. 접지선 연결상태, 접지저항, 접속부, 접지극 상태를 지속적으로 점검하고 관리해야 실제 재해예방 효과를 얻을 수 있다.
