접지
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1. 개요
접지는 전기 회로의 특정 지점을 지구와 연결하는 것을 의미하며, 전기 안전 및 장치 작동에 중요한 역할을 한다. 1820년대 전신 시스템에서 처음 사용되었으며, 1830년대에는 C.A. 폰 슈타인하일에 의해 귀환 전선 없이 회로를 완성하는 데 사용될 수 있음이 밝혀졌다. 이후 통신 기술의 발전과 함께 전력 시스템, 전기 철도 등에서 발생하는 간섭을 줄이기 위해 2선식 또는 '금속 회로' 시스템이 도입되었다. 1897년 종로구 정육점 감전 사고를 계기로 저압측 접지가 시작되었으며, 1911년 『전기 공사 규정』에서 변압기 감전 사고 방지를 위한 제2종 접지 공사가 규정되었다.
접지는 보호 접지와 기능 접지로 나뉘며, 보호 접지는 감전 및 화재를 방지하고, 기능 접지는 장치의 정상적인 작동을 위해 사용된다. 기능 접지는 전자파 간섭(EMI)을 줄이고, 전자기 차폐 및 정전 차폐를 위해 필요하며, 안테나 설계 및 컴퓨터 등의 전자 기기에서도 사용된다. 그 외 작업용, 정전기 방지, 피뢰 접지 등이 있다.
전력 배전 시스템에서 접지는 전압 제한, 감전 방지, 시스템 안정성 확보를 위해 사용되며, 기기 접합 도체(EGC)와 접지 전극 도체(GEC)로 구성된다. 접지 시스템은 전력 공급의 안전성과 전자기적 합치성에 영향을 미치며, TN, TT, IT 방식 등이 있다. 전력 전송에서는 단선 지구 귀선(SWER) 시스템과 고전압 직류(HVDC) 송전 시스템에서 사용되며, 변전소 설계에서 접지 전위 상승을 방지하는 것이 중요하다. 전자 기기에서는 신호 접지가 신호의 귀환 경로 역할을 하며, 저잡음 접지와 분리, 안테나 설계, 피뢰 시스템, 접지 매트 등에 활용된다. 절연은 접지를 무력화하는 메커니즘으로 감전 위험을 줄이는 데 사용되며, 가정에서는 안전을 위해 전기 기기의 접지가 중요하다. 한국에서는 TT 방식의 접지 시스템이 사용되며, A종, B종, C종, D종의 접지 공사 종류가 있다.
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전압은 두 지점 사이의 전위차로서 단위 전하당 에너지 차이를 나타내며, 정전기학에서는 단위 전하를 이동시키는 데 필요한 일, 회로 이론에서는 노드 간 전위차로 정의되고, 직류 및 교류 전압으로 구분되며, 다양한 방식으로 발생하여 여러 분야에 응용된다.
| 접지 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 개요 | |
| 정의 | 전기 회로에서 전압을 측정하는 기준점 |
| 다른 이름 | 어스 접지 그라운드 |
| 기능 및 목적 | |
| 주요 기능 | 전압 측정 기준점 제공 전기적 안전 확보 (누전 차단, 과전류 방지) 전자파 간섭 (EMI) 감소 신호 기준점 제공 |
| 안전 기능 | 누전 시 전류를 안전하게 땅으로 흘려보내 감전 사고 방지 |
| 다양한 접지 방식 | |
| 유형 | 단일점 접지 다점 접지 혼합 접지 플로팅 접지 |
| 접지 시스템 | TT 시스템 TN 시스템 IT 시스템 |
| 접지 임피던스 | |
| 정의 | 접지 전극과 대지 사이의 전기 저항 |
| 중요성 | 접지 시스템 성능에 큰 영향 |
| 고려 사항 | 대지 저항률 접지 전극 형태 접지 전극 깊이 접지 전극 재료 주파수 |
| 추가 정보 | |
| 관련 용어 | 접지 전극 접지 도체 접지선 접지 저항 접지 임피던스 등전위 접지 |
| 주의 사항 | 접지 시스템은 전기 안전에 매우 중요하므로, 전문가의 도움을 받아 설계 및 시공해야 함 |
2. 역사적 배경
1820년대부터 장거리 전자기 전신 시스템은 신호와 귀환 전류를 전달하기 위해 두 개 이상의 전선을 사용했다. 1836년에서 1837년 사이에 독일 과학자 칼 아우구스트 폰 슈타인하일은 회로를 완성하기 위한 귀환 경로로 접지를 사용할 수 있다는 것을 발견하여 귀환 전선이 필요 없게 되었다.[2] 슈타인하일이 최초는 아니었지만, 그는 이전의 실험적 연구를 알지 못했고, 운영 중인 전신에 이를 최초로 적용하여 전신 기술자들에게 일반적으로 알려지게 했다. 그러나 이 시스템에는 문제가 있었는데, 1861년 웨스턴 유니온 사가 건설한 대륙횡단 전신선에서 그 예를 볼 수 있다. 건조한 날씨에는 접지 연결부가 종종 높은 저항을 나타내어 전신이 작동하거나 전화벨이 울리도록 접지봉에 물을 부어야 했다.
19세기 후반, 통신이 전신을 대체하기 시작하면서 전력 시스템, 전기 철도, 다른 전화 및 전신 회로, 그리고 번개와 같은 자연 발생원에 의해 지구에 유도된 전류가 오디오 신호에 간섭을 일으킨다는 것을 알게 되었고, 1883년경에 2선식 또는 '금속 회로' 시스템이 다시 도입되었다.[3]
한국에서는 1897년 10월 6일, 종로구의 한 정육점에서 15세 여성 종업원이 전등선에 감전되어 사망하는 사고가 발생했다. 이는 변압기 노후로 인해 고압측(2000V)과 저압측이 접촉한 것이 원인이었다.[23][24] 이후 유사한 사고가 다른 지역에서도 많이 발생했다.[25] 이러한 사고를 방지하기 위해 변압기 내부 접촉 시 저압 전로에 고전압 전류가 유입되는 것을 막고자 저압 측을 접지하게 되었다.
2. 1. 한국의 접지 도입
1911년에 제정된 『전기 공사 규정』[26]에서는 변압기의 고압 측과 저압 측 접촉으로 발생하는 감전 사고를 막기 위해 저압 측 접지를 위한 "제2종 접지 공사"가 처음으로 규정되었다.[27] "제1종 접지 공사"는 기기 외함의 접지용으로 규정되었다.3. 접지의 종류와 목적
접지는 크게 보호 접지와 기능 접지로 나눌 수 있으며, 그 외에도 다양한 목적의 접지가 있다.
전력 배전 시스템은 배전 회로에 나타날 수 있는 전압을 제한하기 위해 종종 접지된다. 접지되지 않은 배전 시스템은 정전기 또는 고전압 회로와의 우발적인 접촉으로 인한 과도 전압으로 인해 높은 전위를 얻을 수 있다. 시스템의 접지 연결은 이러한 전위를 소산시키고 접지된 시스템의 전압 상승을 제한한다.
가정용 전원(AC 전원) 배선 설비에서 '접지 도체'라는 용어는 일반적으로 두 가지 다른 도체 또는 도체 시스템을 나타낸다.
- 기기 접합 도체 또는 기기 접지 도체(EGC): 장비의 일반적으로 전류가 흐르지 않는 금속 부품과 해당 전기 시스템의 소스 도체 중 하나 사이에 저임피던스 경로를 제공한다. 닳거나 손상된 절연체와 같이 노출된 금속 부분에 전기가 통하는 경우(결함) 단락 회로가 발생하여 과전류 장치(차단기 또는 퓨즈)가 열리고 결함이 제거(차단)된다.
- '''접지 전극 도체(GEC)''': 시스템 접지("중성") 도체 또는 장비를 접지 전극 또는 접지 전극 시스템의 한 지점에 연결하는 데 사용된다. 이를 "시스템 접지"라고 하며 대부분의 전기 시스템은 접지되어야 한다. 미국 NEC 및 영국의 BS 7671에는 접지가 필요한 시스템이 나열되어 있다.
과거에는 급수관이 접지 전극으로 사용되었지만, 전도성이 낮은 플라스틱 파이프의 사용이 증가함에 따라 규제 당국에서 특정 접지 전극의 사용을 의무화하는 경우가 많다. 동일한 유형의 접지는 라디오 안테나와 피뢰 시스템에도 적용된다.
영구적으로 설치된 전기 장비는 필요하지 않은 경우를 제외하고 영구적으로 연결된 접지 도체를 갖는다. 금속 케이스가 있는 휴대용 전기 장치에는 부착 플러그에 있는 핀으로 접지에 연결될 수 있다(AC 전원 플러그 및 소켓 참조). 전력 접지 도체의 크기는 일반적으로 지역 또는 국가 배선 규정에 따라 규제된다.
"접지" 또는 "어싱(earthing)"이라는 용어는 엄밀히 말하면 접지/대지에 대한 전기적 연결을 의미한다. 본딩(Bonding)은 전기를 운반하도록 설계되지 않은 금속 물체를 의도적으로 전기적으로 연결하는 관행이다. 이는 모든 본딩된 물체를 감전으로부터 보호하기 위해 동일한 전위에 두는 것이다. 그런 다음 본딩된 물체를 접지에 연결하여 외래 전압을 제거할 수 있다.[6]
기능적인 접지 연결은 감전으로부터 보호하는 것 이상의 역할을 수행하며, 장치의 정상 작동 중에 전류를 전달할 수 있다. 이러한 장치에는 서지 억제기, 전자기적 합치성 필터, 특정 유형의 안테나 및 다양한 측정 장비가 포함된다. 일반적으로 보호 접지 시스템은 기능적 접지로도 사용되지만, 이는 주의가 필요하다.
접지에는 다음과 같이 목적이 다른 여러 종류의 접지가 있으며, 그 중요성과 요구되는 성능도 다양하다.
- 보호 접지[28]: 전기 기기의 금속 외함에 수납되어 있는 경우, 고장 등으로 인한 지락으로 외함이 대지에 대해 전위를 갖게 되면, 사람이 접촉하여 감전되어 화상을 입거나 사망할 수 있으며, 또한 누설 전류로 인한 발열로 화재의 원인이 될 가능성이 있다.
- 기능 접지: 비선형 부하(컴퓨터, 제어 회로 등)는 고조파를 포함하는 EMI라고 불리는 전자파를 다량 방출한다. 기능 접지는 누출된 전하가 대전되지 않도록 접지 전류(누설 전류)로서 대지로 되돌리는 제어된 리턴 패스를 말한다.
- 기타 접지: 고압 또는 특고압 전기설비 정기 점검[33] 시 전기보안 조작에 따른 임시 작업용 접지, 정전기 방지 접지, 피뢰 접지, 신호 접지, 프레임 접지, 전원 접지, 디지털 접지, 아날로그 접지[34] 등이 있다.
3. 1. 보호 접지
전기 기기 등이 금속 외함에 수납되어 있는 경우, 고장 등으로 인한 지락으로 외함이 대지에 대해 전위를 갖게 되면, 사람이 접촉하여 감전되어 화상을 입거나 사망할 수 있으며, 또한 누설 전류로 인한 발열로 화재의 원인이 될 가능성이 있다. 이를 방지하기 위해, 이러한 기기나 설비를 대지에 접속하여 그 전위와 대지의 전위의 차이를 충분히 작게(이상적으로는 0볼트) 할 필요가 있다.따라서 접지 공사의 목적은 다음과 같다.[28]
- 누전에 의한 감전 방지, 화재 방지
- 변압기 내부 접촉에 의해 저압 전로에 고전압 전류가 유입되는 것을 억제하기 위해
1897년 10월 6일, 종로구 錦町(금정)의 정육점 「ゑち勝」에서 15세 여성 종업원이 전등선에 감전되어 사망했다. 변압기가 풍우로 인해 노후되어 고압측(2000V)과 저압측이 접촉한 것이 원인이었다.[23][24] 이후 이와 유사한 사고 사례는 도쿄 이외 지역에서도 많이 발생하게 되었다.[25] 이에 따라 접촉으로 인한 고전압 발생을 방지하기 위해 저압측을 접지하게 되었다. 이것이 전기 안전을 위한 접지 공사의 시초이며, 1911년 제정된 『전기 공사 규정』[26]에서 변압기의 고압측과 저압측의 접촉에 의한 감전 사고 방지를 위해 저압측 접지를 위한 “제2종 접지 공사”가 처음으로 규정되었다.[27] 참고로 “제1종 접지 공사”는 기기 외함의 접지용이었다.
3. 2. 기능 접지
비선형 부하(컴퓨터, 제어 회로 등 AC-DC, DC-DC 전원을 내장한 기기, 트라이액, 사이리스터, PWM 제어나 인버터 제어 등, 전력 반도체에 의해 대전류가 고속으로 스위칭 제어되는 기기)는 고조파를 포함하는 EMI라고 불리는 전자파를 다량 방출한다.회로나 선로에서 방출된 전자파가 금속 프레임, 금속 섀시 등에 유도되면, 그 에너지는 전하로서 잔류(대전)할 수 있다. 대전된 에너지는 어떤 계기로 순간적으로 방전되면 기기 오작동[29]을 일으키거나, 절연 파괴를 수반하는 큰 문제를 야기할 수 있다. 최악의 경우 화재나 감전 사고로 이어질 수 있다. 이러한 방전은 매우 짧은 시간에 발생하므로 누전 차단기 등 기존 안전 장치로는 예방이 어렵다.
기능 접지는 누출된 전하가 대전되지 않도록 접지 전류(누설 전류)로서 대지로 되돌리는 제어된 리턴 패스를 말한다.
전자기 차폐나 정전 차폐 등 장치 내부 차폐는 접지된 케이스에 본딩(접속)되어야 한다. 케이스가 크면 자연 방전도 가능하지만, 접지되지 않은 절연 도체는 대전 상태가 오래 지속될 수 있기 때문이다. 의료기기에서는 이러한 대책이 특히 중요하다.
제어 회로는 일반적으로 3V부터 24V까지의 직류 전압으로 동작하며, 안정적인 동작을 위해 기준 전위인 0볼트가 필요하다. 기능 접지를 통해 이 기준 전위를 확보할 수 있다. 단상 기기의 중성선(뉴트럴)은 부하 전류의 리턴 패스이자, 고조파 및 잔류 전하의 리턴 패스로서 기능 접지 역할을 한다. 하지만, 활선과 뉴트럴이 바뀔 수 있는 일본의 무극성 플러그에서는 직류 제어 회로의 기능 접지를 AC 100V의 접지 측 뉴트럴에 연결하는 것은 어렵다.
보호 접지가 필요 없는 클래스 II 이중 절연 기기에서도 EMI 대책을 위해 기능 접지가 필요할 수 있다[30]. 현대 전기 기기 설계에서 EMC 대책[31]은 필수적이다[32].
일부 안테나(접지형 안테나)는 대지가 고주파적으로 거울처럼 작용하는 것을 이용하여 안테나 구성 소자 일부를 생략하고, 이때 접지가 필요하다.
전기 방식 등 대지를 회로 일부로 사용하는 설비에도 접지가 필요하다.
컴퓨터 등 전자 기기에서는 디지털 회로에서 0과 1 신호를 주고받는다. 신호 판정 전압의 경계(임계값)는 제품이나 규격에 따라 다르며, 기준 전위가 불확실하면 신호 해석이 달라질 수 있다. 따라서 각 기기를 공통의 안정된 기준 전위점에 접속하여 디지털 신호의 안정적인 통신을 보장한다.
3. 3. 기타 접지
이 외에도 고압 또는 특고압 전기설비 정기 점검[33] 시 전기보안 조작에 따른 임시 '''작업용 접지''', '''정전기 방지 접지''', '''피뢰 접지'''가 있다. 또한, 제어 회로·통신 회로에는 '''신호 접지''', '''프레임 접지''', '''전원 접지''', '''디지털 접지''', '''아날로그 접지''' 등이 있으며, 가능한 한 서로 간섭하지 않도록 설계되어 있다.[34]4. 건물 배선 설비
전력 배전 시스템은 배전 회로에 나타날 수 있는 전압을 제한하기 위해 종종 접지된다. 접지되지 않은 배전 시스템은 정전기나 고전압 회로와의 우발적인 접촉으로 인한 과도 전압으로 인해 높은 전위를 얻을 수 있다. 시스템의 접지 연결은 이러한 전위를 소산시키고 접지된 시스템의 전압 상승을 제한한다.[1]
가정용 전원(AC 전원) 배선 설비에서 사용되는 접지 도체는 다음과 같다.
- 기기 접합 도체 (EGC): 장비의 금속 부품과 전기 시스템 소스 도체 사이에 저임피던스 경로를 제공하여, 단락 회로 발생 시 과전류 장치를 작동시켜 결함을 제거한다.
- 접지 전극 도체 (GEC): 시스템 접지 도체 또는 장비를 접지 전극에 연결하여, 번개나 고전압 선로 접촉으로 인한 전압을 제한한다.
4. 1. 접지 시스템
전력 공급 시스템에서 접지 시스템은 지구 표면에 대한 도체의 전위를 정의하며, 그 선택은 전력 공급의 안전성과 전자기적 적합성에 영향을 미친다. 접지 시스템에 대한 규정은 국가마다 크게 다르다.[3]기능적 접지 연결은 감전 보호 이상의 역할을 하며, 장치의 정상 작동 중에 전류를 전달할 수 있다. 이러한 장치에는 서지 억제, 전자기 적합성 필터, 특정 유형의 안테나 및 다양한 측정 장비가 포함된다. 일반적으로 보호 접지 시스템은 기능적 접지로도 사용되지만, 주의가 필요하다.[3]
비선형 부하(컴퓨터, 제어 회로 등)는 고조파를 포함하는 EMI라는 전자파를 방출하는데, 이는 기기의 오작동이나 절연 파괴를 일으킬 수 있다.[29] 기능 접지는 이러한 누설된 전하가 대전되지 않도록 제어된 리턴 패스를 제공하여 대지로 되돌린다.
전자기 차폐나 정전 차폐 등 장치 내부의 차폐는 접지된 케이스에 연결(본딩)되어야 한다. 의료기기에서는 이러한 대책이 특히 중요하다.[3]
제어 회로는 일반적으로 3V부터 24V까지의 직류 전압으로 동작하며, 안정적인 동작을 위해 기준 전위인 0볼트가 필요하다. 기능 접지는 이 기준 전위를 제공한다. 단상 기기의 중성선(뉴트럴)은 부하 전류의 리턴 패스이자, 고조파 및 전하의 리턴 패스로 기능 접지의 측면을 가진다.
보호 접지를 필요로 하지 않는 클래스 II의 이중 절연 기기에서도 EMI 대책을 위해 기능 접지가 필요한 경우가 있다.[30] 현대 전기 기기 설계에서 EMC 대책[31]은 필수적이다.[32]
- 일부 안테나는 대지가 고주파적으로 거울처럼 작용하는 것을 이용하여 요소의 일부를 생략하고, 이때 접지가 필요하다.
- 전기 방식 등 대지를 회로의 일부로 하는 설비가 있다.
- 컴퓨터 등의 전자 기기는 디지털 회로에서 0과 1의 신호를 주고받는데, 각 기기를 공통의 안정된 기준 전위점에 접속하여 디지털 신호의 안정적인 통신을 가능하게 한다.
중성선과 보호 접지 도체가 최종적으로 하나의 기준 전위점에서 접지되는 방식은 낙뢰 서지나 기타 잡음으로 인한 장애가 적다. 유럽과 미국의 저압 배전 선로에서 일반적으로 사용된다.
- TN-C: 중성선과 보호 도체를 공용한다.
- TN-C-S: 중성선과 보호 도체를 부분적으로 공용한다.
- TN-S: 중성선과 보호 도체를 분리한다.
보호 접지 도체와 중성선이 서로 다른 기준 전위점에 연결된 방식은 낙뢰 서지나 기타 잡음으로 인해 기기 손상이나 이상 작동이 발생할 수 있다. 일본의 저압 배전선로에서 일반적으로 사용된다.
어떤 전원 배선도 접지되지 않은 것은 다음과 같은 곳에 사용된다.
- 제어용 등, 특히 신뢰성이 요구되는 전원
- 인체에 직접 접촉하는 의료용 기구의 전원
- 수중 조명·전열용 전원
4. 2. 임피던스 접지
배전 시스템은 접지로 흘러가는 전류를 제한하기 위해 배전 시스템과 접지 사이에 임피던스를 연결할 수 있다. 임피던스는 저항 또는 인덕터(코일)일 수 있다. 고임피던스 접지 시스템에서는 결함 전류가 몇 암페어로 제한된다. 저임피던스 접지 시스템에서는 결함 발생 시 수백 암페어의 전류가 흐를 수 있다.[7]저저항 접지 시스템은 중성점 접지 저항기(NGR)를 사용하여 결함 전류를 25 A 이상으로 제한한다. 저저항 접지 시스템은 과열되기 전에 저항기가 결함 전류를 얼마나 오래 흘릴 수 있는지 나타내는 시간 등급(예: 10초)을 갖는다. 저항기 과열을 방지하려면 접지 결함 보호 계전기가 차단기를 트립해야 한다.[7]
고저항 접지(HRG) 시스템은 NGR을 사용하여 결함 전류를 25 A 이하로 제한한다. 이 시스템은 연속 정격을 가지며 단일 접지 결함으로 작동하도록 설계되었다. 즉, 시스템은 첫 번째 접지 결함 발생 시 즉시 트립되지 않는다. 두 번째 접지 결함이 발생하면 접지 결함 보호 계전기가 회로를 보호하기 위해 차단기를 트립해야 한다. HRG 시스템에서는 감지 저항기를 사용하여 시스템 연속성을 지속적으로 모니터링한다. 개방 회로가 감지되면(예: NGR의 용접 불량으로 인해), 모니터링 장치는 감지 저항기를 통해 전압을 감지하고 차단기를 트립한다. 감지 저항기가 없으면 시스템은 접지 보호 없이 작동을 계속할 수 있으며(개방 회로 조건이 접지 결함을 가릴 수 있기 때문에) 과도 과전압이 발생할 수 있다.[7]
4. 3. 비접지 시스템
감전 위험이 높은 곳에서는 접지되지 않은 특수 전력 시스템을 사용하여 접지로의 누설 전류를 최소화할 수 있다. 이러한 설비의 예로는 의료 장비가 환자에게 직접 연결되고 전력선 전류가 환자의 신체로 흘러 들어가서는 안 되는 병원의 환자 치료 구역이 있다.[1] 의료 시스템에는 누설 전류 증가를 경고하는 모니터링 장치가 포함된다.[1] 습한 건설 현장이나 조선소에서는 절연 변압기를 사용하여 전력 공구 또는 케이블의 고장으로 인해 사용자가 감전될 위험에 노출되지 않도록 할 수 있다.[1]민감한 오디오/비디오 제작 장비 또는 측정 장비에 전원을 공급하는 회로는 기술 전력 시스템으로부터 절연된 비접지 시스템으로 전원을 공급하여 전력 시스템으로부터의 노이즈 유입을 제한할 수 있다.[1]
전원 배선에 이상이 생겨도 중대한 사고로 이어지지 않기 때문에 어떤 전원 배선도 접지되지 않은 것을 사용하기도 한다. 특히 신뢰성이 요구되는 전원, 인체에 직접 접촉하는 의료용 기구의 전원, 수중 조명·전열용 전원에 사용된다.[1]
5. 전력 전송
단선 지구 귀선(SWER) 방식은 전력망에 고전압 도체 하나만 사용하고, 지구를 통해 교류 복귀 전류를 흘려보내 비용을 절감하는 방식이다. 이 방식은 대규모 지구 전류가 위험을 초래하지 않는 농촌 지역에서 주로 사용된다.[3]
일부 고전압 직류(HVDC) 송전 시스템은 접지를 두 번째 도체로 사용한다. 해수가 좋은 도체이기 때문에 해저 케이블을 사용하는 시스템에서 특히 일반적이다. 매설 접지 전극을 사용하여 지구와 접지하며, 전기화학적 부식을 방지하기 위해 전극 위치를 신중하게 선택해야 한다.[8]
6. 전자 기기
전자 기기에서 접지는 중요한 역할을 한다. 크게 신호 접지, 회로 접지 및 대지, 기능 접지로 나눌 수 있다.
- 신호 접지: 장비 내부 및 장비 간 신호 연결에서 신호와 전력의 귀환 경로 역할을 한다. 많은 전자 설계에서 모든 신호의 기준이 되는 단일 귀환 경로를 사용하며, 전력 및 신호 접지는 일반적으로 장비의 금속 케이스를 통해 연결된다.[9] 인쇄 회로 기판 설계 시, 높은 전력 또는 빠른 스위칭 전류로 인해 저전력 민감 부분에 노이즈가 발생하지 않도록 주의해야 한다.
- 회로 접지 및 대지: 전압은 두 점 사이의 전위 차이로 정의되는데, 이때 공통 기준점을 "접지"라고 하며 0 전위를 갖도록 한다. 신호는 신호 접지를 기준으로 정의되며, 이는 전력 접지에 연결될 수 있다. 다른 회로에 연결되지 않은 시스템은 부유 접지라고도 한다.
- 기능 접지: 일부 장치는 제대로 작동하기 위해 지구와의 접지가 필요하며, 이를 기능 접지라고 한다. 예를 들어, 일부 장파장 안테나는 기능 접지 연결이 필요하다. 기능 접지는 흰색, 크림색, 분홍색 케이블로 배선되며, 사고 방지를 위해 녹색 또는 녹색/황색 케이블은 사용하지 않는다.
비선형 부하는 고조파를 포함하는 EMI라는 전자파를 방출한다. 이러한 전자파는 금속 프레임 등에 유도되어 전하로 잔류(대전)될 수 있으며, 순간적으로 방전되면 기기 오작동이나 절연 파괴를 일으킬 수 있다. 기능 접지는 누출된 전하를 대지로 되돌리는 제어된 리턴 패스 역할을 한다.
전자기 차폐나 정전 차폐는 접지된 케이스에 연결(본딩)되어야 한다. 의료기기에서는 이러한 대책이 특히 중요하다. 제어 회로는 일반적으로 3V부터 24V까지의 직류 전압으로 동작하며, 안정적인 동작을 위해 기준 전위인 0볼트가 필요하다. 기능 접지를 통해 이 기준 전위를 얻을 수 있다.
전자 기기에서 접지와 관련된 추가적인 내용은 다음과 같다.
- 신호용 접지: 전자회로 작동의 기준이 되는 전위로, 임피던스가 충분히 낮도록 설계해야 한다.
- 차폐 케이스·차폐 케이블·노이즈 필터: 컴퓨터, 통신기기 등 IT기기에서 전자파 환경 적합성을 고려하여 사용된다.
- 케이스 접지: 프레임 접지를 의미하며, 일반적으로 케이스를 지면에 연결하는 것을 말한다.
- 전력 안전용 접지: 누전 시 감전 방지, 지락 사고 시 보호 장치 작동, 유도 낙뢰 침입 저감 등을 위해 사용된다.
- 자동차 어싱: 자동차 성능 향상을 위해 접지선을 설치하거나 교체하는 튜닝 방법이다.
19세기 후반, 통신이 전신을 대체하면서 지구에 유도된 전류가 오디오 신호에 간섭을 일으킨다는 사실이 발견되었고, 1883년경 2선식 또는 '금속 회로' 시스템이 다시 도입되었다.[3]
6. 1. 저잡음 접지와 분리
텔레비전 방송국, 녹음 스튜디오 등에서는 접지 루프를 방지하기 위해 "기술 접지"(또는 "기술 접지선", "특수 접지선", "오디오 접지선")라고 불리는 특수 신호 접지를 설치한다.[10] 이것은 기본적으로 AC 전원 접지와 동일하지만 일반 가전제품 접지선은 전기 간섭을 발생시킬 수 있으므로 연결할 수 없다. 예를 들어, 녹음 스튜디오에서는 오디오 장비만 기술 접지에 연결된다.[10] 대부분의 경우 스튜디오의 금속 장비 랙은 모두 두꺼운 구리 케이블(또는 평평한 구리 튜브 또는 버스바)로 연결되고 기술 접지에도 유사한 연결이 이루어진다. 단일 AC 접지 연결이 기술 접지에 연결되면 효과가 없어지므로 일반적인 접지된 섀시 장비를 랙에 배치하지 않도록 주의를 기울인다. 특히 까다로운 애플리케이션의 경우, 주 기술 접지는 필요에 따라 여러 콘크리트 바닥을 관통하여 설치된 두꺼운 구리 파이프로 구성될 수 있으며, 모든 기술 접지는 지하실의 접지봉에 가능한 가장 짧은 경로로 연결될 수 있다.6. 2. 안테나 설계
MF 및 LF 대역에서 동작하는 마스트 방사체 방송 안테나의 표준 접지 시스템은 안테나 기저부에서 파장의 1/4만큼 뻗어 나가는 120개의 방사형 접지선으로 구성된다.[11][13][14][15] 일반적으로 구리선을 사용하며, AM 방송 대역 안테나의 경우 마스트로부터 47m에서 136m 범위의 원형 토지가 필요하다.[14]송신 안테나에서 전력 손실을 줄이기 위해 안테나 아래에 구리 접지판을 사용하기도 한다.[15]
LF 및 VLF 대역에서는 건설 높이 제한으로 인해 전기적으로 짧은 안테나를 사용해야 한다. 이때 접지 시스템의 저항이 더욱 중요해진다. 안테나 높이에 대한 파장이 길어짐에 따라 안테나의 방사 저항이 감소하므로, 접지 저항은 안테나의 입력 저항에서 더 큰 비율을 차지하고 송신기 전력의 더 많은 부분을 소비하기 때문이다. VLF 대역의 안테나는 종종 1 옴 미만의 저항을 가지며, 매우 낮은 저항의 접지 시스템을 사용하더라도 송신기 전력의 50%~90%가 접지 시스템에서 낭비될 수 있다.[11]
7. 피뢰 시스템
피뢰 시스템은 낙뢰의 영향을 완화하기 위해 광범위한 접지 시스템에 연결되도록 설계된다. 이 접지 시스템은 지면과 넓은 면적의 접촉을 제공한다. 과도한 열로 시스템 도체가 손상되지 않도록 낙뢰의 높은 전류를 분산시키려면 넓은 면적이 필요하다. 낙뢰는 매우 높은 주파수 성분을 가진 에너지 펄스이므로, 피뢰를 위한 접지 시스템은 자체 인덕턴스와 표피 효과를 줄이기 위해 짧고 곧은 도체를 사용하는 경향이 있다.[8]
2010년 현재, JIS A 4201 및 JIS Z 9290-4 등에 규정되어 있다.
8. 접지 매트
변전소에서 접지 매트(접지판)는 사람이 스위치나 기타 장치를 작동하기 위해 서 있는 곳에 설치되는 도전성 물질의 그물망이다. 이는 지역 지지 금속 구조물과 스위치기어 핸들에 접지되어 있어, 운영자가 변전소의 고장으로 인해 높은 전위차에 노출되지 않도록 한다.
정전기 민감 장치 근처에서는 접지 매트 또는 접지판을 사용하여 사람과 이동 장비에서 발생하는 정전기를 접지한다.[16] 정전기 제어에 사용되는 두 가지 유형은 정전기 소산 매트와 도전성 매트이다.
도전성 표면(일반적으로 군사 시설에서의 경우) 위에 놓인 정전기 소산 매트는 일반적으로 정전기 소산 비닐층이 도전성 기판을 감싸는 3층(3겹)으로 만들어지며, 이는 전기적으로 접지된다. 상업용으로는 일반적으로 2층(2겹)으로 만들어진 정전기 소산 고무 매트가 사용된다. 이 매트는 내구성이 뛰어난 납땜 저항성 상단 정전기 소산층으로 되어 있어 비닐 매트보다 수명이 길며, 전도성 고무 바닥면을 가지고 있다. 도전성 매트는 탄소로 만들어지며, 정전기를 가능한 한 빨리 접지하는 목적으로 바닥에만 사용된다. 일반적으로 도전성 매트는 서 있을 때 쿠션이 있어 "피로 방지" 매트라고 한다.
정전기 소산 매트가 안정적으로 접지되려면 접지 경로에 연결되어야 한다. 일반적으로 매트와 손목 스트랩 모두 공통점 접지 시스템(CPGS)을 사용하여 접지에 연결된다.[17]
컴퓨터 수리점과 전자 제조업체에서는 작업자가 사람이 발생시킬 수 있는 전압에 민감한 장치를 작업하기 전에 접지해야 한다. 이러한 이유로 정전기 소산 매트는 생산 조립 라인을 따라 "바닥 러너"로 조립 라인에서 위아래로 걷는 사람이 발생시키는 정전기를 제거하는 데에도 사용된다.
9. 절연
절연은 접지를 무력화하는 방법이다. 주로 저전력 가전제품에 사용되며, 엔지니어나 수리공이 전력선 전압을 사용하는 회로를 다룰 때 활용된다. 절연은 장치와 전력 서비스 사이에 1:1 권선비 변압기(동일한 수의 권선을 가진 변압기)를 배치하여 이루어지지만, 전기적으로 절연된 두 개 이상의 코일을 사용하는 모든 유형의 변압기에도 적용된다.
절연된 장치에서는 단일 통전 도체에 닿아도 접지로 돌아가는 경로가 없어 심각한 감전이 발생하지 않는다. 그러나 변압기의 양극 모두 맨살에 닿으면 감전될 수 있다. 과거에는 전류가 가슴을 가로질러 심장 박동을 방해하거나 심장 정지를 일으키는 것을 막기 위해 수리공에게 "한 손을 등 뒤에 두고 작업하라"는 지침이 있었다.[18]
일반적으로 모든 교류 전력선 변압기는 절연 변압기 역할을 하며, 승압 또는 강압은 절연 회로를 형성한다. 그러나 이러한 절연은 접지 도체에 단락될 때 고장난 장치가 퓨즈를 끊는 것을 방지한다. 각 변압기의 절연은 입력 및 출력 변압기 코일 양쪽에서 변압기의 한쪽 다리를 항상 접지함으로써 무력화될 수 있다. 전력선은 또한 접지에 단락이 발생할 경우 전류 평형을 보장하기 위해 모든 극에서 특정 와이어 하나를 접지한다.
과거에는 접지된 기기가 어느 정도 내부 절연을 갖도록 설계되어 치팅 플러그로 접지를 분리해도 문제가 없었다. 그러나 현대 기기는 전자기 간섭 억제를 위해 교류 전력선과 섀시 사이에 의도적인 용량성 결합을 포함하는 전원 입력 모듈을 사용한다. 이로 인해 전력선에서 접지로 상당한 누설 전류가 발생하며, 접지가 분리되면 누설 전류로 인해 경미한 감전이 발생할 수 있다.[19] 의료 환경에서는 작은 누설 전류도 심각한 문제가 될 수 있으므로, 의료용 전원 공급 장치는 낮은 정전 용량을 갖도록 설계된다.[20]
II등급 기기 및 전원 공급 장치(예: 휴대전화 충전기)는 접지 연결을 제공하지 않으며, 이중 절연으로 안전을 보장한다.
10. 일반 가정에서 사용되는 전기 기기의 접지
일반 가정에서 사용하는, 특히 습기가 많은 곳에 설치되는 전기 기기는 사람이 자주 접촉하기 때문에 누전 등으로 인한 감전을 방지하기 위해 인체 보호용 접지선을 설치해야 한다.[35] 물이나 땀에 젖은 인체는 매우 감전되기 쉽기 때문에, 기기의 노후화나 고장으로 인한 약간의 누설전류라도 인체에 흐르지 않도록 접지 연결이 매우 중요하다. 건조한 피부는 교류 100V 정도의 전압에서는 그다지 전류를 흘리지 않지만, 물에 젖으면 갑자기 저항값이 낮아져 전류가 흘러나오므로 위험하다.
땅에 접지봉을 박는 방법이 일반적이다.[35] 주택용 접지봉은 홈센터 등에서 판매되고 있다. 일본에서는 철심을 구리로 피복한 봉이 사용되지만, 스테인리스제 등도 존재한다. 구리는 저항값이 낮고, 철과 비교하면 강한 산화 피막을 만들기 쉽고 이온화되기 어렵기 때문에, 녹(부식)이 진행되기 어려운 내후성이 있는 금속이다. 하지만 녹이 진행되면 저항값이 증가하여 접지 성능이 저하되므로 정기적인 유지보수가 필요하다.
토양은 보수성이 좋은 것일수록 접지 성능이 높아지지만, 반대로 접지봉의 녹을 촉진한다. 접지봉은 긴 것이 좋다. 지표면에서 깊을수록 수분이 존재할 확률이 높아지기 때문이다. 수분과 접촉할 확률을 높이기 위해, 여러 개의 접지봉을 간격을 두고 설치하여 접지선으로 연결하는 방법이 사용된다.
과거 수도관에는 도체인 납관이 사용되었기 때문에, 간선이 지하에 매설되어 있는 것을 이용하여 수도꼭지에 세탁기 등의 접지선을 연결하는 것이 자주 행해졌다. 그러나 현재 주택 공사 등에서 사용되는 수도관은 실내 노출 부분이 금속이더라도, 건축 자재 내부 급수관로 재질이 부도체인 가교 폴리에틸렌제이기 때문에 수도관은 접지로서 기능이 없다. 또한, 금속관이라도 수도관에 접지를 연결하면 누설 전류에 의해 배관의 부식(전식)을 유발할 가능성이 있으므로 위험하다.
오래된 주택에서, 말단 가스콕이 설치되어 있는 강관의 가스관에 연결하는 것은 인화·폭발 사고의 우려가 있어 매우 위험하므로 해서는 안 된다. 또 몰탈 외벽 내부의 러스터에 접지선을 연결하는 것은 화재를 일으킬 가능성이 있으므로 절대 해서는 안 된다.[36]
10. 1. 한국의 접지 시공 방법
일반 가정, 특히 습기가 많은 곳에 설치되는 전기 기기는 누전으로 인한 감전을 방지하기 위해 인체 보호용 접지선을 설치해야 한다. 접지선의 피복은 녹색 바탕에 황색 가는 선이 들어간 것과, 황색 바탕에 녹색 가는 선이 들어간 것이 있다. 배선용 차단기(콘센트)에 접지 단자가 없는 경우에는 새로 설치하거나, 땅 속의 접지봉에 직접 연결한다.
단독주택의 경우, 별도로 판매되는 접지봉을 땅에 망치로 박고, 접지봉에서 나오는 리드선을 가전제품의 접지 단자에 연결한다.[35] 이 경우, 세탁기나 에어컨의 실외기 등, 기기마다 별도의 접지가 이루어지는 다점 접지가 되어, 유도 낙뢰 서지 등의 영향을 받기 쉽고 기기가 고장날 가능성이 높아진다. 그 때문에, 최근에는 분전반에서 집안의 접지선을 모두 모아 일점 접지하는 것이 권장되고 있다.
다음은 접지가 필요한 주요 가전제품이다.
11. 접지 방식
접지선 시공 방법에는 등전위 접지 방식이 있다. 그 외에도 중성점 접지 방식 및 의료용 접지 방식 등이 있다.
중성선과 보호 접지 도체가 최종적으로 하나의 기준 전위점에서 접지되는 방식을 사용하면 중성선과 보호 접지 도체가 동일 전위가 되므로, 낙뢰 서지나 기타 잡음으로 인한 장애가 적다. 유럽과 미국의 저압 배전 선로에서 일반적으로 사용되며, 세부 방식은 다음과 같다.
- TN-C: 중성선과 보호 도체를 공용한다.
- TN-C-S: 중성선과 보호 도체를 부분적으로 공용한다.
- TN-S: 중성선과 보호 도체를 분리한다.
보호 접지 도체와 중성선이 서로 다른 기준 전위점에 연결된 방식의 경우, 낙뢰 서지나 기타 잡음으로 인해 중성점과 보호 접지 도체의 전위차가 커지면 기기 손상이나 이상 작동이 발생할 수 있다. 이 방식은 일본의 저압 배전선로에서 일반적으로 사용된다.
11. 1. 한국의 접지 방식
한국의 저압 배전선로에서는 중성선과 보호 접지 도체가 최종적으로 하나의 기준 전위점에서 접지되는 TT 방식이 일반적으로 사용된다. 중성선과 보호 접지 도체가 동일 전위가 되므로, 낙뢰 서지나 기타 잡음으로 인한 장애가 적다.12. 접지 공사의 종류
접지 공사는 A종(제1종), B종(제2종), D종(제3종), C종(특별 제3종)으로 나뉘며, 각각 접지 저항값, 접지선 굵기, 기기 전압 레벨에 따라 구분된다.[37]
12. 1. 한국의 접지 공사 종류
한국전기설비규정(KEC)에 따라 접지 공사의 종류와 기준은 다음과 같다.[37]
참조
[1]
웹사이트
Samuel Thomas von Sömmering's "space multiplexed" electrochemical telegraph (1808-1810)
http://people.seas.h[...]
Harvard University
[1]
보고서
Semaphore to Satellite
https://books.google[...]
International Telecommunication Union
2009-05-01
[2]
웹사이트
The Electromagnetic Telegraph
https://web.archive.[...]
University of Denver
2004-05-19
[3]
public domain electronic copy
The History of the Telephone
https://www.gutenber[...]
[4]
웹사이트
Jensen Transformers. Bill Whitlock, 2005. Understanding, Finding, & Eliminating Ground Loops In Audio & Video Systems
http://www.jensen-tr[...]
Jensen Transformers
2010-02-18
[5]
웹사이트
AS/NZS 2500:2004 Guide to the safe use of electricity in patient
http://infostore.sai[...]
2014-11-27
[6]
간행물
IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Sensitive Electronic Equipment
IEEE
[7]
논문
Application Considerations for High Resistance Ground Retrofits in Pulp and Paper Mills
[8]
웹사이트
IEEE 80-2000 - IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding
https://standards.ie[...]
2020-10-07
[9]
간행물
Electrical and electronics diagrams
IEEE
[10]
서적
Live Audio, The Art of Mixing
[11]
서적
Antenna Toolkit
https://books.google[...]
Elsevier
2001
[12]
manual
VLF, LF, and MF communications systems
http://www.navy-radi[...]
U.S. Navy, Naval Electronics Systems Command
1972-08
[13]
서적
The ARRL Antenna Book
https://books.google[...]
American Radio Relay League
[14]
서적
Antenna Engineering Handbook
http://seklad69assoc[...]
McGraw-Hill
[15]
서적
NAB Engineering Handbook
https://books.google[...]
National Association of Broadcasters (NAB) / Taylor and Francis
[16]
웹사이트
ESD Prevention Measures Part 2: Using Anti Static Mats by Doug Wagner
https://web.archive.[...]
Bennett & Bennett
2014-05-15
[17]
웹사이트
Wrist Strap Shown with mat and Common Point Ground System (CPGS)
https://web.archive.[...]
Bennett & Bennett
2014-04-23
[18]
웹사이트
Physiological Effects of Electricity
https://www.allabout[...]
All About Circuits
[19]
뉴스
Dell laptops in electric-shock shocker
https://web.archive.[...]
2008-01-17
[20]
웹사이트
Leakage Current
https://web.archive.[...]
Condor
2013-08-22
[21]
논문
棒状電極の接地インピーダンスの数値計算
https://doi.org/10.1[...]
電気学会
[22]
웹사이트
https://www.meti.go.[...]
[23]
뉴스
●電燈線に觸れ即死したる後聞（こうぶん）
(No URL provided)
東京朝日新聞
1897-10-08
[24]
잡지
コードに觸れて變死を遂ぐ
1897-10-15
[25]
서적
第二種接地工事
日本電設工業協会
[26]
법률
電氣工事規程
逓信省
1911-09-05
[27]
논문
日本における感電保護の現状と課題
https://kguopac.kant[...]
建築設備工学研究所
[28]
법률
電気設備に関する技術基準を定める省令
[29]
웹사이트
信頼性の高い電子機器の設計に関する研究
http://www.ns.kogaku[...]
[30]
웹사이트
https://www.astrodyn[...]
[31]
웹사이트
https://www.techno-k[...]
[32]
웹사이트
https://www.kptc.jp/[...]
[33]
법률
電気事業法
[34]
웹사이트
https://engineer-cli[...]
[35]
법률
電気工事士法施行規則
[36]
문서
신에가타 대화재 (1955년)
[37]
문서
전기설비의 기술기준의 해석
[38]
문서
변압기 고압 또는 특고압 전로의 접지전류 계산
[39]
문서
저압전로 누전차단기 설치 기준
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