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접     지

접지는 전기안전상 중요한 설비로서 피뢰설비, 전력설비, 통신설비, 전기방식설비 등 여러 가지 설비를 대지와 전기적으로 연결하는 것을 말한다. 지구는 항상 전위를 “0”V로 간주하기 때문에 전기장비의 절연파손으로 발생하는 누설전류와 낙뢰 발생시에 유입되는 써지 전류를 대지로 무한정 방전시킬 수 있어 설비나 인명피해를 예방할 수 있다는 개념이다.

 접지의 주된 목적

○ 인명의 감전방지

○ 전기기기 및 시설 보호

○ 전위의 등전위화

○ 낙뢰, 써지, 고압선 단락 사고시 전압상승 제한

○ 정전기의 흡수로 정전기 장애방지

○ 노이즈제거

접지시스템에서의 가장 주안점

① 최소한의 접지저항 구현

② 회로저항의 극력제한

③ 접지회로가 끊어짐이 없이 영구적으로 연결

④ 지락사고시 고장전류를 최대로 흘릴 수 있는 회로용량

 접지전류의 성질 및 영향

접지전류의 크기, 지속시간, 발생확율은 다양하다. 예를 들어 피뢰침이나 피뢰기에 설치된 접지는 매우 큰 접지전류가 흐르게 되나 지속시간은 극히 짧고 발생확율은 아주 낮다.

 이에 비해 제2종 접지공사의 접지전극에는 부하기기의 누설전류가 모두 환류하기 때문에 장시간에 걸쳐 적은 접지전류가 흐를 가능성이 있다.

 특히 전로와 대지간에 큰 콘덴서를 접속하는 경우 평상시 상당한 변위전류가 대지로 흐르게 된다. 이와 같은 변위전류는 접지선에 지속적으로 흐르게 되므로 컴퓨터, 의료용 전기설비, 각종 고감도 측정장치 등에 많은 영향을 줄수 있다.

변압기 접지의 목적과 종류

1. 변압기 접지의 목적

변압기 접지의 주목적은 변압기 내부에서 절연파괴에 의한 지락 또는 단락 고장이 발생하는 경우 

- 인축의 감전방지

- 고․저압 혼촉에 의한 저압 전로의 전압 상승방지

- 대지 전압의 저감 및 보호장치의 확실한 동작에 의한 위험방지이다.

2. 변압기 접지공사의 종류

변압기 외함의 접지는 절연열화 등으로 발생되는 누전에 의한 인축의 감전사고를 방지할 목적으로 실시하며, 사용전압에 따라 제1종, 제3종, 특별3종 접지공사가 있다. 또한 제2종 접지공사는 계통접지라고 하며 변압기 저압측의 중성점이나 전로의 1단자를 접지한다.

  1. 제2종 접지공사

제2종 접지공사는 계통접지라고도 말하며, 고압전로와 저압전로가 혼촉하는 경우에 저압측의 전압상승에 의한 사고를 방지하는 것을 목적으로 한다.

제2종 접지저항치는 원칙적으로 고저압 혼촉시 저압의 전위상승이 150[V]이상이 되지 않도록 규정하며,  일반적으로 다중접지계통에서는 변압기 특고압 및 저압측의 중성선과 공용접지한다.

  2. 변압기 외함 접지

변압기 외함 접지는 절연열화 등으로 발생되는 고장에 의한 감전사고를 방지할 목적으로 시행하며, 사용전압에 따라 고압 및 특고압변압기는 제1종, 저압중 400볼트 미만은 제3종, 400볼트 이상은 특별 제3종 접지공사를 실시한다. 외함접지의 접지선 굵기는 고장전류에 대하여 안전한 것으로 제1종접지는 2.6mm이상 제3종접지는 1.6mm이상이어야 한다.

병원의 비접지 배전방식 시공법

흉부수술실, 심형관 엑스선 촬영실 등의 전원차단이 의료에 중대한 지장을 초래할 위험이 있는 의료실의 콘센트 회로는 전로의 일선지락시에도 전원을 계속 공급할 수 있도록 절연변압기를 사용하여 비접지 방식으로 공급한다.

○ 절연변압기는 전원측에 시설하며 2차측 전로에는 접지를 시공하지 않는다. 또한 1차측 전로에 누전차단기를 시설하지 않는다.

○ 절연변압기 2차측전로의 정격전압은 300V이하,1상2선식으로 해야 하며, 1개 의료실에 시설하는 절연변압기의 정격용량은 7.5 kVA를 초과하지 말아야 한다.

○ 1차권선, 2차권선, 철심, 쉬일드 및 금속제 외함에 대해 2중절연 또는 강화절연을 실시한다.

○ 비접지식 전로의 전원측에는 상시 누전을 감시하여 경보하는 절연감시 장치를 상시감시가 용이한 장소에 시설하여야 하며, 지락전류의 값이 2mA가 되면 경보장치가 작동해야 한다.

접지용어

1. 절연계급 (Inaulation Level)

절연계급이란 전력용기기의 절연강도의 계급을 말하며 각 절연계급[号]에 대응한 기준충격절연강도 (BIL)[kV]가 정해져 있다. 한기기의 절연레벨이란 그 기기의 충격내전압과 상용주파 내전압을 말한다. BIL의 기준을 정하는 목적은 기기의 절연설계를 표준화하고 계통절연의 구성에 통일성을 주기 위함이다.

2. 全절연

각 기기가 접속되는 계통의 공칭회로 전압[KV]을 1.1로 나눈 값과 절연계급의 수치가 일치하는 경우이며 일반적으로 非有效 접지계통에 접속되는 권선에 채용된다.

3. 低減절연

절연계급[号]의 수치가 공칭회로전압 [KV]를 1.1로 나눈 값보다 낮은 경우를 말하며 공칭회로 전압의 약 80%로 되어 있고 전절연보다 1단 저감되어 있다.

유효접지계통에서는 1선접지사고시 건전상의 대지전압이 비접지 또는 비유효 접지계통에 비해 낮으므로 정격전압이 낮은 피뢰기를 채용할 수 있다.

4. 균등절연

중성점 단자의 절연강도가 선로단자와 같은 경우 및 △결선시의 권선절연을 말한다. 즉, 권선의 모든 부분이 대지에 대해 그 선로 단자의 교류시험 전압에 견디는 것을 말한다.

접지저항 저감법

1. 물리적 저감법

- 접지극의 매설깊이를 깊게 한다.

- 접지극의 개수를 증가하여 직․병열연결한다.

- 토양과의 접촉면적이 넓도록 접지극의 크기를 크게 한다.

- 토양에 적합한 시공법을 선택한다.

2. 화학적 저감법

- 접지저항저감제나 유기물 등을 접지극에 투입한다.

- 수분함량,보수율,유기질함유량이 높은 토양을 혼합하여 토양의 질을 개선

전주의 접지 시공방법

접지개소의 점검 및 유지보수시 고려할 사항

1. 외형의 손상 점검

지표상의 접지선 및 보호용 비닐전선관의 파손여부를 확인한다. 외형의 손상은 대부분의 경우 제3종 접지선에서 많이 일어난다. 중량물의 운반과정등에 일어나기 쉬으므로 발견즉시 수리한다.

2. 접지저항치 측정

접지저항치가 규정치 이하인지 여부를 확인한다.  접지저항의 측정은 사용하는 계측기가 신뢰할 수 있는 것이어야 하며 또한 년 1회정도는 지시치의 정확여부를 검사해서 참값과 오차와의 대비표를 잘 보이는 것에 부착해 둘 필요가 있다. 측정작업의 과정도 정확해야 한다.

3. 접지극 매설장소

접지극 매설장소에 부식성 유기물이나 화합물의존재여부를 확인하여 ,부식은 없는지를 확인한다.  땅속에서 금속은 반드시 부식하게 됨으로 땅속부분에서의 부식에 항상 유의하여야 한다. 특히 과거의 접지저항 측정치가 있는 경우 경년변화등을 참고하여 매설장소의 적정성 여부를 판단한다.

4. 접지회로의 점검

과전류 차단기,카버나이프스위치 등을 사용하는 경우에도 사고시 접지선은 개방단선이 있어서는 안되므로 접지회로에 휴즈 사용여부, 기기와 접지선과의 연결 체결상태등 기타 접지회로의 개방 가능성을 점검한다.

5. 접지회로 주변환경

접지선이나 접지극 주위에 가연성 가스나 인화성 가스탱크의 유무등 접지회로를 통하여 고전류가 대지로 통전시 주변설비에 영향을 미칠수 있는 경우 관계자와 협의하여 영향이 없도록 조치한다.

독립접지와 공용접지

1. 독립접지와 공용접지

  1-1. 독립접지

독립접지란 접지가 필요한 기기나 장소에 단독의 접지선과 접지극을 설치하는 것이다. 가장 이상적인 독립접지는 한쪽 전극에 접지 전류가 아무리 많이 흘러도 다른 접지전극에 전위상승이나 전자기적 간섭을 일으키지 않아야 하나 2개의 전극이 무한대로 떨어지지 않으면 완전한 독립접지라 할 수 없으므로 현장에서는 실현 불가능하다고도 할 수 있다. 그러나 낙뢰전류의 방류와 같이 접지점을 통하여 막대한 전류가 유입되는 경우 주변 기기에 미치는 영향이 최소화 되도록 하기 위하여 독립접지를 실시한다.

  1-2. 공용접지

공용접지는 여러 가지의 기기를 1개소 혹은 수개소에 시공한 공통의 접지전극에 함께 접지하는 방법으로 접지선을 공동으로 사용하여 연접하거나 금속으로된 건축구조물에 접지선을 접속하는 방법 등이 있다. 최근의 도시환경은 시설면적의 제약으로 본 공용접지방식이 각종 설비나 건축구조물에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 방법이 되고 있다.

2. 공용접지의 장단점

2-1. 장  점

- 접지전극을 다수 설치하거나 접지선을 연계하므로 병렬접지효과로 인한 낮은 접지저항 값을 얻기가 용이하다.

- 접지전극이나 연결선 중의 하나가 불량이 되어도 타전극이나 접지선으로 보완할 수 있어서 접지의 신뢰도가 높다.

- 접지계통이 단순해지기 때문에 보수 및 점검이 용이하다

- 접지전극의 총 개수가 적어져 시공비가 경제적이다.

- 전원측 접지와 부하측 접지의 공용으로 지락보호 및 부하기기에 대한 접촉전압의 관점에서 SYSTEM 적으로 유리하다.

- 금속성 건축구조물 등 자연접지의 이용이 가능하다.

2-2. 공용접지의 문제점

- 공용으로 접지된 기기중 일부기기의 누전이나 지락이 발생하여도 전체기기에 접지전위가 상승하는 간섭이 발생할 수 있다.

- 이 경우 접지선의 길이, 접지점의 위치 등에 따라 접지선간의 전위차가 발생하여 건전기기의 기능상실,불필요한 오동작이 발생할 수 있다.

3. 향후전망

고도 정보화시대의 도래에 따라 Intelligent Building의 건설과 일반 사무용 빌딩의 컴퓨터 OA기기 확대보급 각종 통신기기, 보안시스템, 자동화 기기의 설치등이 일반화 되고 있는 추세이다. 이와 같이 각종 건축물의 복잡한 전자기적 환경은 접지의 기능이 매우 중요한 보안 시스템으로서 작용하게 될것이다.  그러나 도시환경은 기존 건축물이나 공사 준공후 접지의 추가공사는 매우 어려운 실정이며 개수도 거의 불가능 하다. 따라서 설계 당시 장래의 확장성을 고려한 접지계통에 대하여 충분히 검토, 적절한 접지공사를 시공해야 한다.

인간이 실수하는 경우

1. 실수하게 되는 경우

열심히 일하는 경우

확신을 갖는 경우

초조 ․ 불안한 경우

방심한 경우

서두르는 경우

무지한 경우

2. 실수하게 되는 요인

자만심으로 작업수행(오기 작업)

안정적이고 냉정하지 못하게 됨

집중력이 떨어져 핵심을 놓침

절차를 빠트리거나 생략하게 됨

사람은 아는 것만큼 만 할 수 있음

- 미숙련자가 전체 재해의 60% 차지

인체의 등가적 회로

1. 인체의 등가적 회로

독일의 플라이벨거에 의한 인체의 등가회로는 다음과 같이 피부저항과 내부저항으로 나타낼수 있다.

                  Zp1+ Zl + Zp2 = ZT  

인체의 등가회로는 직류에 의한 감전의 경우 단순하게 저항값 만을 기준으로 고려할 수 있으나 교류에 의한 감전의 경우 임피던스로 생각하는 것이 더 합리적이다.

즉, 인체를 전기적 도체로 생각할 경우 피부,혈액,근육 등 기타 인체 각부는 전류에 대해 저항분과 용량분으로 구분되는 임피던스를 가지고 있으며 그 크기는 전류경로,접촉저항,통전시간,주파수,피부의 건조상태, 접촉면적, 접촉압력, 온도 등에 따라 각각 다르게 나타난다.

2. 인체의 저항

 1. 내부조직의 전기저항

내부조직의 전기저항은 대략 직선적으로 직류,교류에 관계 없이 거의 일정하며 통전시간이 긴 경우에는 조직의 온도상승으로 인하여 저항값이 약간 감소한다. 일반적으로 인체의 장기,뼈 등의 각 조직별 저항값은 매우 상이하나 감전측면에서 인체의 사지중 임의의 두 수족간 저항값 500Ω을 기준으로 고려되고 있다.

 2. 피부의 전기저항

피부의 전기저항은 열령별, 남여별, 인체의 각부분별,수분의 함유량에 따라 매우 많은 차이를 나타내고 있으나 일반적으로 약 2500Ω 정도를 기준으로 적용되고 있다. 피부가 물에 젖은 경우는 건조한 경우의 약 1/25로 저하되고 땀이 난 경우에도 1/12～1/20 정도로 저하되는 것으로 보고되고 있다.

 3. 인체의 경로별 저항

실제적으로 인가전압이 증가하면 인체저항은 감소하며 어린이 보다는 어른의 전기저항이 높게나타고 있다. 이 경우 인가 전압의 상승에 따라 피부조직이 파괴되어 인체의 내부저항값에 근접하게 된다.

또한 인체는 유전체의 성질을 가지고 있어 인가시간이 경과 할 수록 통전경로의 온도가 상승하게 되어(주울열) 인체저항이 감소되는 특성을 가진다.

보통 인체의 경로별 저항

피부저항이 약 2500Ω,

내부조직의 저항이 약 300Ω,

발과 신발사이의 저항을 1500Ω,

신발과 대지사이의 저항을 700Ω

전체저항을 약 5000Ω로 본다.

* 인체의 내부저항은 한쪽 손과 한쪽 발까지의 내부저항을 100%(500Ω)를 기준하여 %로서 다음과 같이 나타낼수 있다.

  - 손⇨손 : 100,  손⇨머리 : 50

3. 감전을 전제로한 등가회로

인체가 감전된 경우에는 인체의 고유한 저항뿐만이 아니라 충전부와 접촉된 부분의 접촉저항과 인체와 대지와의 접촉저항이 매우 중요한 회로변수로서 작용된다. 즉, 감전자의 인체저항과 충전부 및 대지 접촉저항이 직렬로 연결된 상태가 된다.

인체의 접촉상태별 허용접촉전압

 제1종

 인체의 대부분이 수중에 있는 상태

 2.5V이하

제2종

인체가 심하게 젖어 있는 상태

금속제의 전기․기계장치나 구조물에 인체의 일부가 상시 닿아 있는 상태

 25V이하

제3종

 제1종,제2종 이외의 경우에 있는 인체상태로서 접촉전압이 가해지면 위험성이 높은 상태

 50V이하

제4종

 제1종,제2종 이외의 경우에 있는 인체상태로서 접촉전압이 가해져도 위험성이 낮거나 ,접촉전압 자체가 가해질 우려가 없는 경우

 제한없음