접지 시스템이란 무엇인가요?
전기가 공급되는 모든 건물에는 이것이 하나씩 있습니다. 금속 케이스가 있는 모든 장비도 이것에 의존합니다. 하지만 대부분의 엔지니어에게 기억을 더듬어 자사 현장의 접지 시스템을 그려보라고 요청하면, 그들은 망설일 것입니다. 접지 시스템(북미 용어로는 ‘그라운딩 시스템’이라고도 함)은 설비의 전도성 부품과 그 아래의 지면을 의도적으로 전기적으로 연결하는 것을 말합니다. 이 두 용어는 동일한 물리적 개념을 나타냅니다. ‘earthing’은 IEC 용어를 따르고, ‘grounding’은 IEEE/ANSI 관례를 따릅니다.
모든 접지 시스템은 두 가지 역할을 수행하며, 이 두 가지 모두 똑같이 중요합니다. 보호 접지 사람들의 안전을 지켜줍니다: 전기가 흐르는 도체가 실수로 금속 외피에 닿을 경우, 접지 경로를 통해 고장 전류가 땅으로 흘러가, 누군가 다치기 전에 회로 차단기가 작동합니다. 건강한 성인의 경우 국제적으로 인정되는 안전한 접촉 전압 한도는 50 V AC 또는 120 V DC IEC 60479-1에 정의된 바와 같이 장시간 접촉하는 경우. 이 임계치를 초과하면 인체를 통과하는 전류는 — 특히 일단 전류가 30mA — 심실세동을 유발할 수 있으며, 이는 감전 사고의 주요 사망 원인입니다.
기능적 접지, 두 번째 역할은 장비가 올바르게 작동하도록 보장하는 것입니다. 민감한 전자 장치에는 안정적인 전압 기준이 필요합니다. 모터와 드라이브에는 누설 전류가 흐를 수 있는 경로가 필요합니다. 통신 시스템에는 전자기 호환성이 필요합니다. 적절하게 설계된 접지 시스템이 없다면, 이러한 기능들이 저하되거나 아예 작동하지 않게 됩니다.
이 기사의 핵심은 다음과 같습니다. 특정 설치 환경에 부적합한 접지 시스템을 선택하는 것은 단순히 최적이 아닌 수준을 넘어 심각한 문제를 초래할 수 있습니다. 이로 인해 건물은 가장 필요한 순간에 보호 기능이 제대로 작동하지 않는 상황에 처할 수 있습니다. 즉, 차단기가 작동하지 않고, 인클로저에 전류가 흐르는 상태가 지속되며, 상황이 너무 늦어지기 전까지는 아무도 이를 알아차리지 못하게 되는 것입니다. 국제 표준에서 정의한 5가지 시스템 유형을 이해하는 것부터 시작해야 합니다.
IEC 접지 시스템 분류 — 문자 코드 해설
TT, TN-S, IT 등 모든 접지 시스템의 명칭은 다음에서 정의한 두 글자 명명 체계에 따라 구성됩니다. IEC 60364-1, 저전압 전기 설비에 관한 국제 표준입니다. 이 규정을 제대로 이해하면, 어떤 접지 방식이든 더 이상 헷갈리지 않을 것입니다.
이 코드에는 두 개의 위치가 있습니다. 각 위치는 하나의 질문에 답합니다:
| 편지 | 직위 | 의미 |
|---|---|---|
| T (테라) | 첫 번째 | 전원 중성선은 지상에 직접 연결된 |
| I (고립된) | 첫 번째 | 전원은 접지로부터 절연된, 또는 고임피던스를 통해 연결된 |
| T (테라) | 둘째 | 노출된 전도성 부품(장비 인클로저)은 다음과 연결되어 있습니다. 국소형 독립 접지극 |
| N (중립) | 둘째 | 노출된 전도성 부품은 다음과 연결되어 있습니다. 전원 공급 장치의 접지점 — 일반적으로 변압기의 중성점 |
TN 시스템의 경우, 중성선(N)과 보호접지선(PE)의 배열 방식을 나타내는 두 개의 추가 문자가 사용됩니다:
- S (별도): N선과 PE선은 시스템 전체에 걸쳐 전용의 별도 도체를 통해 배선됩니다.
- C (통합형): N과 PE는 하나의 도체를 공유하며, 이를 PEN 도체 (보호 접지 + 중성선).
T, I, N, C, S라는 다섯 글자가 결합되어 IEC 표준에서 인정하는 모든 접지 시스템 구성을 만들어 냅니다. 첫 번째 글자는 소스에서 지구로 관계에 대해 다루고, 두 번째는 장비-대-접지 관계, 그리고 여러분이 바로 이 전체 분류 체계의 열쇠를 쥐고 있습니다.
기억하세요: 첫 번째 글자는 ‘전원-접지’, 두 번째 글자는 ‘장비-접지’를 의미합니다. T, I, N, C, S 이 다섯 글자가 모든 접지 구성을 정의합니다.
5가지 접지 시스템 유형
TN-S 시스템 (중성선과 보호접지선 분리)
TN-S 방식은 TN 계열 중 가장 안전한 방식이며, 안전성과 전자기 호환성이 최우선으로 고려되는 모든 설비에 권장되는 방식입니다. TN-S 시스템에서는 변압기의 중성선이 전원에서 직접 접지되며, 전용 보호 접지 도체가 중성선과 별도로 변압기부터 설비 내의 모든 부하에 이르기까지 연결됩니다.
안전 원리는 간단합니다. PE 도체는 임피던스가 매우 낮은 전용 금속 경로로, 일반적으로 0.5 Ω — 따라서 상-외함 간 단락이 발생하면 즉시 큰 단락 전류가 발생합니다. 이 전류로 인해 과전류 보호 장치(MCB 또는 MCCB)가 밀리초 단위로 작동하여, 전기가 흐르는 외함을 누군가가 만지기 전에 위험을 제거합니다.
그다지 눈에 띄지는 않지만 그만큼 중요한 이점이 하나 더 있습니다. 바로 부하 회로 전류가 중성선에 머무르며, 장비 외피에는 절대 나타나지 않는다는 점입니다. 이러한 분리 특성 덕분에 TN-S 방식은 전자기 간섭으로 인해 정밀한 측정 결과가 왜곡되거나 통신 네트워크가 중단될 수 있는 데이터 센터, 병원, 산업 시설에서 선호되는 접지 시스템입니다.
영국의 배선 규정인 BS 7671은, 공급 전원이 서비스 입구에서 N과 PE로 분리된 후에는 PEN 도체가 소비자의 설비 내부에서 다시 나타나서는 안 된다고 명시하고 있습니다. 실제로 영국과 유럽 대부분의 지역에서 대부분의 상업용 및 산업용 건물은 내부 배선을 TN-S 방식으로 운영하고 있습니다.
TN-C 시스템 (통합 PEN 도체)
TN-C는 안전 기준에서 대체로 제외된 시스템인데, 그럴 만한 타당한 이유가 있습니다. TN-C 방식에서는 변압기부터 모든 부하에 이르기까지 회로 전체에 걸쳐 중성선과 보호 접지 기능이 하나의 PEN 도체로 통합됩니다. 어디에도 별도의 PE 선은 없습니다.
비용 면에서의 이점은 분명합니다. 전체 구간에 도체가 하나 줄어들면 자재비와 설치비가 절감되기 때문입니다. 하지만 위험 요소는 매우 심각합니다. 만약 그 단 하나의 PEN 도체가 상류 쪽 어느 지점에서든 단선되면, 단선 지점 하류에 위치한 모든 금속 인클로저는 상 전압 — 최대 230 V. 접지된 전기 기기와 실제 접지점을 동시에 만지는 사람은 치명적일 수 있는 감전을 입을 수 있으며, 고장 전류 루프가 끊어져 있기 때문에 과전류 보호 장치는 작동하지 않을 것입니다.
설상가상으로, 잔류전류차단기(RCD)가 작동하지 않을 수 있습니다 순수한 TN-C 시스템에서. RCD는 상전류와 중성전류를 비교하여 작동하지만, 별도의 PE가 없으면 비교할 대상이 없습니다. IEC 60364 및 대부분의 국가 배선 규정은 현재 건물 내부에서 TN-C 방식 사용 금지. 구형 배전망에서는 여전히 이 방식을 볼 수 있지만, 신규 설치의 경우 TN-C-S 방식으로 대체되었습니다.
TN-C-S 시스템 (다중 보호 접지 / PME)
TN-C-S는 영국에서는 ‘보호용 다중 접지(PME)’, 호주와 뉴질랜드에서는 ‘다중 접지 중성선(MEN)’, 북미에서는 ‘다중 접지 중성선(Multi-Grounded Neutral)’이라고도 불리며, 전 세계에서 가장 널리 보급된 접지 시스템입니다. 이 시스템은 공급 측에서는 TN-C의 비용 효율성을, 건물 내부에서는 TN-S의 안전성을 결합한 것입니다.
작동 원리는 다음과 같습니다. 전력 공급사는 변전소에서 고객사의 서비스 입구까지 통합 PEN 도체를 사용하여 전력을 공급합니다. 주 배전반에서 이 PEN 도체는 중성선용과 보호 접지용, 두 개의 별도 버스바로 분기됩니다. 이 분리 지점부터는 설비가 완전한 TN-S 시스템으로 작동하며, N 도체와 PE 도체는 다시는 연결되지 않습니다. 핵심적인 안전 조치는 PEN 도체가 배전 경로를 따라 여러 지점에서 접지된다는 점입니다. 일반적으로 간격은 200미터 이하 — 따라서 상류에서 PEN 단선이 발생하더라도, 노출된 금속 부위의 전압 상승은 남아 있는 접지 연결에 의해 제한됩니다.
이 시스템은 영국 전역은 물론 유럽 대부분, 호주, 그리고 많은 아시아 국가에서 주거용 및 상업용 전력 공급의 표준으로 사용되고 있습니다. 그러나 일부 지역은 명시적으로 금지됨 BS 7671에 따른 PME 사용을 제한하는 곳으로는 건설 현장 임시 설비, 마리나, 캐러밴 공원, 주유소 등이 있습니다. 이 모든 환경의 공통점은 토양 전위차입니다. 이러한 환경에서는 PEN 단락이 발생할 경우, 사람들이 실제 접지에 접촉하고 있는 넓은 구역 전체로 위험한 전압이 전달될 수 있습니다.
TT 시스템 (지상 전극)
TT 시스템은 대체 수단이며, 많은 농촌 지역에서는 유일한 선택지입니다. 전원 측 중성점과 소비자의 장비실 모두 각각 전용 접지극을 통해 독립적으로 접지됩니다. 공급 변압기에서 건물로 이어지는 금속성 PE 도체는 없습니다.
이러한 독립성은 TT 시스템이 직면한 핵심 과제이기도 합니다. 상-외피 단락이 발생하면, 단락 전류는 장비에서 출발하여 현지 접지 전극을 거쳐 토양과 공급측 접지 전극을 통과한 뒤 변압기 중성점으로 되돌아와야 합니다. 이 경로에 있는 토양은 실질적인 의미에서 전도체가 아닙니다. TT 시스템의 접지 고장 루프 임피던스는 일반적으로 10 Ω ~ 100 Ω 이상, 토양 조건과 전극의 품질에 따라 달라집니다.
230 V, 10 Ω 조건에서 고장 전류는 정확히 23 A — 아무리 안전한 시간대를 기준으로 해도, 63A짜리 MCB 하나조차 작동시키기에 턱없이 부족한 양입니다. 바로 이 때문에 RCD 설치는 의무 사항입니다. TT 시스템에서는 선택 사항이 아닙니다. 적용되는 안전 방정식은 다음과 같습니다:
RA × 나Δn ≤ 50 V
R이 어디에 있는지A 는 접지 전극 저항이고, I는Δn 는 RCD의 정격 잔류 작동 전류입니다. 30 mA RCD의 경우, 이론상 접지 전극의 저항은 최대 1,667 Ω까지 허용되지만, 실제로는 대부분의 엔지니어가 10 Ω 이하 모든 조건에서 안정적인 트립 작동을 보장하기 위해.
추가 조건: 공급 측과 소비자 측의 접지 전극 간 거리가 다음을 초과할 경우 15미터, 번개로 인한 서지가 전기적으로 독립된 두 접지점 사이에 발생시킬 수 있는 전위차를 처리하기 위해 서지 보호 장치(SPD)를 설치해야 합니다.
IT 시스템 (절연형 또는 임피던스 접지형 전원)
이 IT 시스템은 일반 대중에게 널리 보급되도록 설계된 것이 아닙니다. 이 시스템은 오류가 발생하더라도 전원이 계속 공급되도록 보장하는, 단 하나의 구체적인 목적을 위해 존재합니다.
IT 구성에서는 소스 중성선이 접지로부터 완전히 절연되거나, 고임피던스를 통해 연결되어 고장 전류를 무시할 수 있는 수준으로 제한합니다. 장비 인클로저는 국부적으로 접지됩니다. 첫 번째 절연 고장(활선 도체가 인클로저에 접촉하는 경우)이 발생하면, 고장 전류는 시스템 도체와 접지 사이의 미세한 용량성 결합을 통해서만 흐르며, 그 크기는 기껏해야 몇 밀리암페어에 불과합니다. 위험한 전류를 유발할 저임피던스 루프가 없기 때문에 회로가 트립되지 않습니다. 시스템은 정상적으로 계속 작동하며, 아무도 다치지 않습니다.
이건 정말 이상적으로 들리지만, 여기에는 엄격한 운영 요건이 따릅니다. 바로 절연 모니터링 장치(IMD) 시스템에 상시 연결되어 있어야 합니다. IMD는 모든 전류가 흐르는 도체와 접지 사이의 절연 저항을 지속적으로 측정합니다. 첫 번째 고장이 발생하면 청각 및 시각 경보가 작동하여, 다른 상에서 두 번째 고장이 발생해 완전한 단락이 일어나기 전에 유지보수 담당자가 고장 위치를 파악하고 수리할 시간을 확보할 수 있게 해줍니다.
IT 시스템은 예기치 못한 정전이 치명적인 결과를 초래할 수 있는 곳이라면 어디에서나 찾아볼 수 있습니다. 병원 수술실, 중환자실, 지하 광산, 항해 중인 선박, 연속 공정 화학 공장 등이 그 예입니다. 이에 따른 대가는 분명합니다. 설계 복잡성이 높아지고, 모니터링 장비가 필수적이며, IMD 경보에 신속하게 대응해야 하는 유지보수 팀이 필요하기 때문입니다. 대부분의 상업용 및 주거용 시설에서는 IT가 불필요하지만, 중요 시설의 경우 IT는 대체할 수 없는 필수 요소입니다.
접지 시스템 비교 — 나란히 비교
다섯 가지 시스템 유형을 각각 살펴보는 것은 이해를 돕습니다. 이를 나란히 비교해 보면 판단력을 기를 수 있습니다. 아래의 비교표에는 한 시스템을 다른 시스템과 비교할 때 가장 중요한 요소들이 정리되어 있습니다.
| 매개변수 | TT | IT | TN-S | TN-C | TN-C-S |
|---|---|---|---|---|---|
| 대지 단락 루프 임피던스 | 높음 (10–100+ Ω) | 매우 높음 (첫 번째 고장 시 1000 Ω 초과) | 낮음 (<0.5 Ω) | 낮음 (<0.5 Ω) | 낮음 (<0.5 Ω) |
| RCD가 필요한가요? | 예 — 필수 | 아니요 (대신 IMD가 필요합니다) | 선택 사항 (보충) | 아니요 — RCD는 효과가 없습니다 | 선택 사항 |
| 현장 접지극? | 네 | 네 | 아니요 (전원 공급 장치에서 접지가 제공됨) | 아니 | 선택 사항 (권장) |
| 안전성 (1 = 가장 안전함) | 3 | 2 (IMD가 유지되는 경우) | 1 | 5 (가장 안전하지 않음) | 2 |
| EMC 성능 | 좋아요 | 좋아요 | 훌륭합니다 | 불량 (PEN의 부하 전류) | 좋음 (내부) |
| 첫 번째 고장 발생 시 서비스 연속성 | 아니요 (RCD를 통한 트립) | 예 (트립되지 않음) | 아니 | 아니 | 아니 |
| 일반적인 애플리케이션 | 농촌 및 외딴 지역의 건물 | 병원, 광산, 선박 | 상업용, 산업용, 데이터 센터 | 기존 시설에만 해당 — 건물 내에서는 금지됨 | 주거용, 상업용 |
패턴은 일관됩니다. TN-S는 일반 용도로는 가장 안전한 시스템이지만, 도체 재료 비용이 가장 많이 듭니다. TN-C-S는 더 낮은 설치 비용으로 거의 동등한 안전성을 제공하며, 도시 및 교외 배전 분야에서 전 세계적인 표준으로 자리 잡았습니다. TT는 전력망 접지가 없는 곳에서 실용적인 해결책이지만, 전적으로 RCD의 신뢰성과 토양 품질에 좌우됩니다. IT는 전문적인 시스템으로, 서비스 연속성 면에서는 타의 추종을 불허하지만 설계 및 유지보수에 많은 노력이 필요합니다. TN-C는 이제 역사 속으로 사라진 시스템입니다.
적합한 접지 시스템을 선택하는 방법
접지 시스템을 선택하는 것은 단순히 미적 판단의 문제가 아닙니다. 이는 세 단계로 이루어진 배제 과정으로, 정답은 전력 공급사, 건물 유형, 그리고 최종 확인 체크리스트에서 나옵니다. 이 순서를 지키지 않고 진행하면 실제로 구축할 수 없는 시스템을 지정하게 될 위험이 있습니다.
자신의 그리드가 제공하는 것부터 시작하세요
무엇을 선택하기 전에, 해당 부지 경계까지 전력 공급업체가 어떤 전력을 공급하는지 확인하십시오. 전 세계 대부분의 지역에서 그 답은 다음 세 가지 경우 중 하나에 해당합니다:
- 도심이나 교외 지역, 지하 배전 방식이나 현대식 가공 배전 방식: 이 유틸리티는 거의 틀림없이 TN-C-S (PME) 연결. 귀하의 임무는 주 배전반에서 유입되는 PEN을 N과 PE로 분리하고, 건물 내부 전체를 TN-S 방식으로 배선하는 것입니다. 이는 BS 7671 및 대부분의 유럽 국가 규정이 요구하는 바와 정확히 일치합니다.
- 전선만 설치된 농촌 또는 외딴 지역: 전력 회사는 접지 연결을 전혀 하지 않은 채 — 전봇대에 상선과 중성선만 설치한 상태로 — 전력을 공급할 수 있습니다. 이 경우, TT가 유일한 선택지입니다. 현장 토양 조건에 맞춰 크기를 결정한 후, 현지 접지 전극을 설치해야 하며, 모든 회로를 적절히 조정된 RCD로 보호해야 합니다.
- 전용 변압기가 설치된 대규모 산업 부지: 소스를 직접 제어합니다. 전체 시스템을 다음과 같이 설계하십시오. 변압기 2차 측의 TN-S, 이를 통해 전력 공급사의 접지 방식에 의존하지 않고도 최상의 안전성과 EMC 성능을 확보할 수 있습니다.
만약 귀국의 표준 공급 방식이 이러한 패턴과 다르더라도, 기본 원칙은 여전히 유효합니다. 즉, 전력 공급사가 경계 조건을 설정하고, 시스템 설계는 그 범위 내에서 이루어집니다.
시설 유형에 맞는 시스템을 선택하세요
전력망이 제공하는 기능을 파악한 후에는, 건물의 실제 요구 사항에 맞춰 접지 시스템을 구성해야 합니다. 시설 유형에 따라 안전, 전력 공급의 연속성, 전자기 호환성에 대한 요구 사항이 근본적으로 다릅니다.
| 시설 유형 | 권장 사양 | 왜 |
|---|---|---|
| 단독주택 | TN-C-S (PME) | 소켓 회로에 보조 RCD를 설치하여 비용 효율적이면서도 적절한 안전성 확보 |
| 아파트 건물 | TN-C-S 방식 및 TN-S 배전 | 주 흡입구에 PME 설치, 각 유닛으로 연결되는 TN-S 상승관 |
| 상업용 사무실 | TN-S (PME 분할 방식) | IT 장비, 서버실, 구조화된 케이블링에는 모두 깨끗한 EMC가 필요하며, TN-S가 이를 실현합니다. |
| 산업 시설 | TN-S | 모터 부하에서 발생하는 대규모 고장 전류는 즉시 소멸되어야 하며, 가변속도 드라이브(VSD)와 PLC는 EMC 무결성을 확보해야 합니다. |
| 병원 | IT(수술실, 중환자실) + TN-S(일반 구역) | 생명 유지 회로는 첫 번째 고장 발생 시 절대 차단되어서는 안 되며, 일반 구역에서는 표준 TN-S 안전 규정을 적용한다. |
| 데이터 센터 | 전 구간에 걸쳐 TN-S 방식 적용 | 서버 전원 공급 장치(PSU)의 누설 전류는 누적됩니다. TN-C-S 또는 TT 방식의 경우 RCD가 오작동하여 작동할 수 있습니다. |
| 원격 펌프장 / 통신 타워 | TT | 유틸리티 접지가 없는 경우, 현장 전극과 RCD를 함께 사용하는 것이 유일한 실행 가능한 구성입니다. |
| 전기차 충전 허브 / 마리나 / 주유소 | TT | BS 7671에 따라 해당 장소에서는 PME가 명시적으로 금지되어 있습니다. — 토양 전위 차이로 인해 부지 간 감전 위험이 발생할 수 있습니다. |
이 표는 엄격한 규정이 아닙니다. 대규모 시설에서는 일반적으로 여러 시스템을 혼합하여 사용합니다. 중요한 원칙은 각 시스템이 해당 구역 내에서 전기적으로 완결되어야 하며, 어떤 회로도 서로 다른 두 가지 접지 구성을 가로질러서는 안 된다는 것입니다.
선택 사항 확인 — 실용적인 체크리스트
사양서가 작성되었습니다. 사양이 구체화되기 전에 다음 여섯 가지 사항을 점검해 보십시오:
- ✓ 현장 경계의 공급 유형이 귀하가 지정한 시스템을 실제로 지원할 수 있습니까?
- ✓ TT 시스템 전용: 접지 전극 저항이 검증되었습니까 (RA × 나Δn (≤ 50 V), 그리고 이 수치는 비가 온 직후가 아니라 일 년 중 가장 건조한 시기에 측정된 것입니까?
- ✓ TN-C-S 시스템에 한함: PEN 분기점이 명확하게 표시되어 있으며, N 및 PE 버스바가 영구적으로 분리되어 있고 하류 쪽에서 재연결될 여지가 없는지 확인되었습니까?
- ✓ IT 시스템에 한함: 청각 및 시각 경보 기능이 모두 포함된 IMD가 지정되어 있으며, 최초 고장 경보에 대응하기 위한 문서화된 절차가 마련되어 있습니까?
- ✓ 모든 배전반과 모든 최종 회로 간에 PE 도체의 연속성 검증이 명시되어 있습니까?
- ✓ 건물 내에 IT, 통신 또는 민감한 전자 장비가 설치되어 있는 경우, 내부 배선 방식이 실질적으로 TN-S 방식(주 급전점 이후 N선과 PE선이 분리된 방식)인가요?
접지 시스템 설계 — 주요 실무적 고려 사항
분류 지침서는 어떤 시스템을 선택해야 하는지 알려줍니다. 설계 지침서는 그 시스템이 실제로 제대로 작동할지 여부를 알려줍니다. 실제 환경에서 접지 시스템의 성능을 결정하는 세 가지 요소가 있으며, 이 중 어느 것도 표준 문서만으로는 짐작할 수 없습니다.
토양 저항률 및 접지극 설계
건물 아래의 지반은 균일한 전도체가 아닙니다. 옴·미터(Ω·m) 단위로 측정되는 지반의 저항률은 지반의 구성 성분과 수분 함량에 따라 수십 배에서 수백 배까지 달라집니다.
| 토양 유형 | 대표적 저항률 (Ω·m) |
|---|---|
| 젖은 점토, 흙, 양토 | 5–100 |
| 모래가 섞인 점토, 축축한 자갈 | 100–500 |
| 분필 | 100–300 |
| 마른 모래, 라테라이트 | 500–2,000 |
| 돌이 많은 땅 | 1,500–3,000 |
| 석회암 | 1,000–5,000 |
| 화강암, 사암 | 1,500–10,000+ |
이 수치들은 단순히 이론적인 것이 아닙니다. 1,000 Ω·m의 건조하고 모래가 많은 토양을 가진 부지의 경우, 대략 다음과 같은 접지 시스템이 필요합니다. 백 배나 더 실속 있는 10 Ω·m인 젖은 점토에 매설된 것보다 — 동일한 목표 저항값을 기준으로 할 때. 항상 현장에서 웨너(Wenner) 4점법을 사용하여 측정해야 하며, 설계 시에는 항상 가장 건조한 계절적 조건을 기준으로 해야 합니다. 깊이 1미터 지점의 토양 저항률은 3 대 1 비 오는 겨울과 건조한 여름 사이에서.
균일한 토양에 박힌 단일 수직 접지봉의 저항은 다음과 같습니다.
R = (ρ / 2πL) × [ln(8L/d) − 1]
여기서 ρ는 토양의 저항률(Ω·m), L은 봉의 길이(m), d는 봉의 직경(m)이다. 이 공식은 비용을 절감할 수 있는 통찰력을 제공한다: 저항 개선에 있어 결정적인 요소는 직경이 아니라 깊이이다. 막대의 직경을 두 배로 늘려도 저항은 기껏해야 몇 퍼센트 정도만 변합니다. 박는 깊이를 두 배로 늘리면 저항을 거의 절반으로 줄일 수 있습니다. 막대 하나가 부족하다면 더 추가하되, 서로 간격을 적어도 막대 한 개 길이만큼 띄워야 합니다. 너무 가깝게 박으면 각각의 “저항 구역’이 겹치게 되어, 두 번째 막대의 효과가 첫 번째 막대보다 훨씬 떨어집니다.
표준, 시험 및 검증
문서상으로는 올바르게 보이지만 현장에서는 제대로 작동하지 않는 접지 설계는 올바른 것이 아닙니다. 테스트를 통해 검증해야 합니다.
꼭 준비해 두어야 할 주요 기준: IEC 60364 저전압 설비용 제품군, IEEE 표준 80 중전압 변전소의 접지 설계를 위해, BS 7430 실용적인 접지 설치 지침을 위해, 그리고 IEC 62305 피뢰용 접지 요건에 관하여.
가장 널리 사용되는 시험 방법은 전위강하(3점)법. 전류 프로브를 시험 대상 접지 시스템의 대각선 길이의 5배 이상 떨어진 지점에 박아 넣습니다. 전위 프로브는 전류 프로브와 전극 사이에 배치합니다. 전위 프로브를 중간 지점에 두고 측정값을 읽은 다음, 그 위치에서 ±10%만큼 이동시켜 다시 측정합니다. 세 측정값이 모두 좁은 허용 오차 범위 내에서 일치하면, 그 평균값이 전극 저항이 됩니다. 측정값이 서로 달라지면 전류 프로브가 너무 가까이 있는 것이므로, 간격을 늘리고 다시 측정하십시오.
균일한 토양의 경우, 62% 규칙 다음과 같은 지름길을 제공합니다. 테스트 대상 전극에서 전류 프로브까지의 거리 중 50%가 아닌 62% 지점에 전위 프로브를 배치하십시오. 정확히 62% 지점에 프로브를 배치하면 프로브가 진정한 영전위점에 위치하게 되어, 첫 시도에서 정확한 측정값을 얻을 수 있습니다.
목표 저항값은 보편적인 수치가 아니라 용도에 따라 결정됩니다: ≤ 1 Ω 대규모 변전소 및 산업 단지의 경우, ≤ 5 Ω 상업용 건물의 경우, 그리고 ≤ 10 Ω 피뢰 설비의 경우, 해당 현장에서 계절적 변동이 알려진 요인이라면, 가동 개시 6개월 후에 다시 시험을 실시하여 반대 극한 상황을 파악해야 합니다.
접지 및 서지 보호 — 간과되기 쉬운 연관성
접지가 제대로 되지 않은 설비에 설치된 서지 보호 장치(SPD)는 그저 값비싼 장식품에 불과합니다. SPD는 번개나 스위칭 현상으로 인한 서지 에너지를 접지로 우회시켜 작동합니다. 접지 경로의 임피던스가 1옴 증가할 때마다 장비 단자에 나타나는 전압 강하가 커집니다. 8/20 μs 서지 파형의 경우, 접지선이 1미터 추가될 때마다 대략 킬로암페어당 1 kV의 유도성 전압 강하 서지 전류의 경우, 3미터 길이의 접지선을 통해 10 kA의 서지가 흐르면 SPD가 제한해야 할 전압에 30 kV가 더해질 수 있으며, 이것이 바로 장비에 실제로 가해지는 전압입니다.
접지 시스템의 유형은 SPD 요구 사항에 직접적인 영향을 미칩니다. 공급 측과 소비자 측의 접지 전극 간 거리가 15미터 이상인 TT 시스템의 경우, 낙뢰로 인한 전위 차이로 인해 해당 간극에서 아크가 발생하는 것을 방지하기 위해 설치 양쪽에 SPD를 반드시 설치해야 합니다. TN 시스템의 경우에도, 보조 국부 접지극이 주 접지극으로부터 15미터 이상 떨어진 곳에 설치된 경우, 서지 보호 장치는 두 접지 지점을 연결해야 합니다.
실무상 핵심 요점: 접지 시스템 설계와 서지 보호 사양은 순차적으로 진행되어서는 안 되며, 동일한 설계 단계에서 함께 이루어져야 합니다. 이 두 시스템은 전기적으로 연동되어 있으며, 그 성능은 서로 분리될 수 없습니다. SPD를 선정할 때 엔지니어는 해당 장치가 IEC/EN 61643 표준에 따른 제품 안전성과 성능을 모두 포괄하는 공인된 제3자 인증을 획득했는지 확인해야 합니다. 이를 통해 고장 상황에서도 접지 전극에서 장비 단자에 이르는 보호 체인이 온전하게 유지됩니다. 전체 SPD 제품군에 걸쳐 TUV, CB 및 CE 인증을 모두 갖춘 인증된 서지 보호 부품이 필요한 설치의 경우, LSP는 자사의 기술 팀을 통해 다음과 같은 엔지니어링 지원 및 문서를 제공합니다. lsp.global.
