전기 접지, 그라운딩, 접지 방식, 접지 종류, 접지 구성요소 및 사양, 전기 설비를 위한 전기 접지에 관하여 설명합니다.
전기 기기나 설비의 금속(도전성) 부분을 대지(접지)에 연결하는 것을 접지(Earthing) 또는 그라운딩(Grounding)이라 합니다.
다른 말로, 전기 기계장치의 금속 부분을 접지판이나 접지전극(습한 땅에 매설) 그리고 두꺼운 도체선(저항이 매우 낮음)을 통해 안전 목적으로 연결하는 것을 접지 또는 그라운딩이라 합니다.
접지란 금속 외피, 소켓 케이블의 접지 단자, 전류를 흘리지 않는 스테이 와이어 등 전기 기기의 일부를 대지와 연결하는 것을 의미합니다. 또한 전력 공급 시스템의 중성점을 대지와 연결하여 전기 에너지 방전 시 위험을 방지하거나 최소화하는 것도 접지라 할 수 있습니다.
접지, 그라운딩, 본딩 간의 혼란을 해소해 드립니다.
접지(Earthing)와 그라운딩(Grounding)은 동일한 용어입니다. 그라운딩은 북미 표준(IEEE, NEC, ANSI, UL 등)에서 흔히 쓰이는 용어이고, 접지는 유럽, 영연방 국가, 영국 표준(IS, IEC 등)에서 사용됩니다.
본딩(Bonding)은 두 전선(또는 도체, 파이프, 기기)을 연결하는 것을 의미합니다. 본딩은 정상 운전 시 전류를 흘리지 않는 서로 다른 기계의 금속 부분을 연결하여 동일한 전기적 위상으로 만드는 것입니다.
접지의 주 목적은 감전 위험, 원치 않는 경로로의 누전으로 인한 화재를 방지 또는 최소화하고, 전류 도체의 전위가 설계된 절연 수준 이상으로 대지 대비 상승하지 않도록 하는 것입니다.
전기 기기의 금속 부분(전류 통로 역할을 하는 부분)이 어떤 이유로든(설치 불량, 케이블 절연 파괴 등) 활선과 접촉하면 금속이 대전되고 정전하가 축적됩니다. 사람이 이러한 대전된 금속을 만지면 심한 감전을 입게 됩니다.
이러한 사태를 방지하기 위해 전력 공급 시스템과 기기 부품을 접지하여 전하를 직접 대지로 방전시켜야 합니다. 이것이 전기 설비 시스템에 전기 접지 또는 그라운딩이 필요한 이유입니다.
아래는 접지의 기본 요구사항입니다.
접지는 임의로 하지 않습니다. IE 규칙과 IEE(전기기술자협회) 규정에 따르면,
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완전한 전기 접지 시스템은 다음 기본 구성요소로 이루어집니다.
전기 설비의 전체 금속 부분(콘두이트, 덕트, 박스, 스위치 금속 외함, 배전반, 스위치, 퓨즈, 조정/제어 장치, 모터/발전기/변압기 등 전기 기계의 금속 부분, 전기 기기/부품이 설치된 금속 프레임 등)을 상호 연결하는 접지 시스템의 부분을 대지 연속 도체 또는 어스 와이어라 합니다.
대지 연속 도체의 저항은 매우 낮습니다. IEEE 규칙에 따르면 소비자 어스 단자와 대지 연속 도체(끝단) 사이의 저항은 1Ω을 초과하지 않아야 합니다. 즉, 어스 와이어 저항은 1Ω 미만이어야 합니다.
대지 연속 도체 또는 어스 와이어의 크기는 배선 회로에 사용된 케이블 크기에 따라 달라집니다.
대지 연속 도체의 단면적은 전기 배선 설치에 사용된 가장 굵은 전선 단면적의 절반 이상이어야 합니다.
일반적으로 대지 연속 도체로 사용되는 베어 동선의 크기는 3SWG입니다. 하지만 14SWG 미만은 어스 와이어로 사용하지 마십시오. 제조사 권장 시 구리 스트립도 대지 연속 도체로 사용 가능합니다.
대지 연속 도체와 접지전극 또는 접지판 사이에 연결된 도체선을 접지 조인트 또는 "접지 리드"라 합니다. 대지 연속 도체와 접지전극이 만나는 지점을 "연결점"이라 합니다.
접지 리드는 접지 시스템의 최종 부분으로, 지하에 매설된 접지전극에 접지 연결점을 통해 연결됩니다.
접지 리드에는 최소한의 조인트가 있어야 하며 크기는 작고 직선 방향이어야 합니다.
일반적으로 동선을 접지 리드로 사용하지만, 대용량 설비에서는 구리 스트립을 사용하여 넓은 단면적으로 고장 전류를 감당합니다.
경질 인동 베어 와이어도 접지 리드로 사용됩니다. 이 방식에서는 모든 어스 도체를 공통 연결점(하나 이상)에 연결한 후, 접지 리드로 접지전극(접지판)을 연결점에 연결합니다.
설치 안전성을 높이기 위해 두 개의 동선을 접지 리드로 사용하여 기기 금속 몸체와 접지전극/접지판을 연결합니다. 즉, 두 개의 접지전극/접지판을 사용하면 네 개의 접지 리드가 필요합니다. 두 개의 어스 리드가 고장 전류 경로로 병렬로 작용한다고 생각해서는 안 되며, 두 경로 모두 고장 전류를 감당할 수 있도록 제대로 작동해야 안전성이 향상됩니다.
접지 리드의 크기 또는 단면적은 설치에 사용된 가장 굵은 전선의 절반 이상이어야 합니다.
접지 리드의 최대 크기는 3SWG이며 최소 크기는 8SWG 미만이면 안 됩니다. 37/.083 전선을 사용하거나 공급 전압에서 부하 전류가 200A인 경우, 이중 접지 리드 대신 구리 스트립 사용을 권장합니다. 접지 리드 연결 방식은 위 그림에 나와 있습니다.
참고: 접지판 크기 산정 예제 계산에 대한 추가 기사를 게시할 예정입니다. 기대해 주세요.
땅속(지하)에 매설된 금속 전극 또는 판으로, 전기 접지 시스템의 마지막 부분입니다. 간단히 말해, 접지 리드와 연결된 접지 시스템의 최종 지하 금속(판) 부분을 접지판 또는 접지전극이라 합니다.
매우 낮은 저항을 가지며 고장 전류를 안전하게 대지(접지)로 흘려보낼 수 있는 금속판, 파이프, 봉을 접지전극으로 사용할 수 있습니다.
구리와 철 모두 접지전극으로 사용 가능합니다.
구리 접지전극의 크기
2×2피트(폭과 길이) 두께 1/8인치. 즉, 2' × 2' × 1/8" (600×600×3mm)
철 접지전극의 경우
2' × 2' × ¼" = 600×600×6mm
접지전극은 습한 땅에 매설하는 것이 권장됩니다. 불가능한 경우 아연도강관(GI 파이프)에 물을 넣어 습윤 상태를 만드세요.
접지 시스템에서 접지전극을 수직으로 매설하세요(위 그림 참조). 또한 접지판(접지전극과 접지판은 동일) 주변에 약 1피트(30cm) 두께의 분말 숯과 석회 혼합물을 깔아주세요.
이 조치는 접지전극의 유효 크기를 증가시켜 접지 연속성을 개선하고 접지판 주변의 습윤 상태 유지에 도움을 줍니다.
참고: 접지전극 크기 산정 예제 계산을 게시할 예정입니다. 기대해 주세요.
알아두면 유용한 정보:
숯(목탄) 대신 코크스(석탄을 가열하여 가스 등 성분을 제거하고 남은 88% 탄소)나 석탄을 사용하지 마세요. 접지판 부식의 원인이 됩니다.
지역마다 수위가 다르므로 접지전극 매설 깊이도 다릅니다. 하지만 매설 깊이는 최소 10피트(3미터) 이상이어야 하며, 상시 수위로부터 1피트(304.8mm) 이상 아래에 있어야 합니다.
모터, 발전기, 변압기 등은 접지전극의 두 곳과 별도로 연결해야 합니다.
소규모 설비에서는 접지판 대신 직경 25mm(1인치), 길이 2m(6피트) 금속봉을 사용합니다. 금속관은 지표면에서 2미터 아래에 매설하세요. 습윤 상태 유지를 위해 접지판 주변에 25mm(1인치) 두께의 석탄과 석회 혼합물을 넣으세요.
효과와 편의성을 위해 직경 12.5mm(0.5인치)~25mm(1인치), 길이 4m(12피트) 구리봉을 사용할 수도 있습니다. 봉 접지 설치 방법은 추후 다루겠습니다.
접지는 여러 방식으로 수행할 수 있습니다. 주택 배선, 공장, 기타 연결된 전기 기기/기계에서의 다양한 접지 방식은 다음과 같습니다.
판 접지 시스템에서는 치수 60cm × 60cm × 3.18mm (즉, 2ft × 2ft × 1/8 in) 구리판 또는 치수 60cm × 60cm × 6.35mm (2ft × 2ft × ¼ in) 아연도철(GI) 판을 지표면으로부터 3m(10피트) 이상 깊이로 수직 매설합니다.
적절한 접지 시스템을 위해 (접지판 소개 부분의 위 단계 참조) 접지전극 또는 접지판 주변의 습윤 상태를 유지하세요.
승인된 길이와 직경의 아연도강 천공관을 습한 토양에 수직으로 매설하는 방식입니다. 가장 일반적인 접지 시스템입니다.
사용할 관의 크기는 전류 크기와 토질에 따라 달라집니다. 보통 관 직경 40mm(1.5인치), 길이 2.75m(9피트)를 일반 토양에 사용하며, 건조/암반 토양에서는 더 길게 합니다. 토양 수분 상태가 매설 길이를 결정하지만 보통 4.75m(15.5피트) 정도입니다.
관 접지와 동일한 방식입니다. 직경 12.5mm(1/2인치) 동봉 또는 직경 16mm(0.6인치) 아연도강, 중공 단면 25mm(1인치) GI 파이프를 길이 2.5m(8.2피트) 이상으로 땅에 수직 매설합니다. 수동 또는 공압 해머로 타입합니다. 토양에 매설된 전극 길이가 접지 저항을 원하는 값으로 낮춥니다.
이 방식에서는 수도관(아연도 GI 파이프)을 접지용으로 사용합니다. GI 파이프의 저항을 확인하고 접지 클램프를 사용하여 저항을 최소화하여 적절한 접지 연결을 확보하세요.
연선 도체를 어스 와이어로 사용하는 경우, 선단 연선을 정리하여 직선 평행 상태가 되도록 하여 수도관에 단단히 연결하세요.
이 방식에서는 단면적 25mm × 1.6mm(1in × 0.06in) 이상의 스트립 전극을 최소 깊이 0.5m의 수평 트렌치에 매설합니다. 구리 단면적 25mm × 4mm(1in × 0.15in) 또는 아연도철/강철의 경우 3.0mm² 단면적을 사용합니다.
원형 도체를 사용하는 경우 단면적이 너무 작아서는 안 됩니다. 아연도철/강철의 경우 6.0mm² 미만이면 안 됩니다. 지중에 매설된 도체 길이가 충분한 접지 저항을 제공하며, 이 길이는 최소 15m 이상이어야 합니다.
전기 기기, 장치, 기구의 일반적인 접지 방법은 다음과 같습니다.
인도 표준에서 권장하는 접지 관련 다양한 사양은 다음과 같습니다. 몇 가지 예시입니다.
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앞서 강조했듯 접지는 다음을 위해 제공됩니다.
하지만 과전류가 접지되지 않으면 퓨즈 도움 없이 기기가 손상됩니다. 과전류는 발전소에서 접지되므로 어스 와이어에는 매우 적은 전류만 흐르거나 전혀 흐르지 않습니다. 따라서 PVC 내 전선(활선, 어스, 중성선) 중 어느 것도 접지할 필요가 없으며, 활선 접지는 치명적입니다.
가공선에서 활선이 끊어져 젖은 땅에 떨어지는 사고로 사람이 사망하는 것을 본 적이 있습니다. 과전류는 발전소에서 접지되며, 접지가 고장으로 비효율적이면 어스 폴트 인터럽터가 작동합니다. 퓨즈는 전력 전송이 기기 정격을 초과할 때만 작동하여 전류를 차단하고 기기를 보호합니다.
전기 기기에서 과전류가 접지되지 않으면 심한 감전을 겪게 됩니다. 접지는 전기 기기에서 문제가 생겼을 때만 작동하며, 우리를 위험에서 구하기 위함입니다. 전자 설비에서 금속 부분이 설치 불량 등으로 활선과 직접 접촉하면 금속이 대전되고 정전하가 축적됩니다.
그 순간 금속 부분을 만지면 감전됩니다. 하지만 기기 금속 부분이 접지되어 있으면 전하가 금속에 축적되지 않고 대지로 방전됩니다. 전류는 전기 기기에서 어스 와이어를 통해 흐르지 않으며, 문제가 생겼을 때만 원치 않는 전류를 대지로 유도하여 우리를 심한 감전에서 보호합니다.
또한, 고장 시스템에서 활선이 우연히 기계 금속 부분에 닿은 경우, 사람이 그 금속 부분을 만지면 전류가 몸을 통해 대지로 흐르며 감전(감전사)되어 심각한 부상이나 사망에 이를 수 있습니다. 그래서 접지가 그토록 중요한 것입니다.
전기 그라운딩 및 접지…… 계속됩니다…
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