접지계통(TN·TT·IT)

왜 배우는가: 접지계통(TN·TT·IT)은 저압 전로에서 누전 시 고장전류 크기, 감전 위험, 뇌서지 침입 시 기기 손상이 어떻게 달라지는지를 정하는 기본 틀이다. 설계자는 계통 선정에 따라 차단기·누전차단기(RCD)·SPD 구성을 달리해야 하므로 실무에서 매번 판단하는 항목이다. 시험에서는 1교시 비교 문제와 4교시 논술 문제로 반복해서 출제되었다.

출제 이력: 제133회 1교시 4번, 제124회 4교시 5번, 제95회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

접지계통은 전원의 접지점과 전기설비 노출도전부의 접속 관계를 문자 기호로 나타낸 저압 배전 방식이다. 답안 첫 줄에는 다음 문장을 쓴다.

접지계통은 전원측 접지와 노출도전부 접지의 관계에 따라 TN·TT·IT로 분류하는 저압 전로의 접지방식이다.

핵심 키워드

• 접지계통
• TN계통
• TT계통
• IT계통
• 보호도체(PE)
• 중성선(N)
• PEN 도체
• 누전차단기(RCD)

2. 개념 풀이

접지계통은 전기를 공급하는 쪽과 사용 설비 쪽을 땅에 어떻게 연결하는지를 정하는 약속이다. 누전이 생겼을 때 사고 전류가 어떤 경로로 흐르는지, 사람이 닿았을 때 어떤 전압이 걸리는지가 이 약속으로 결정된다. 쉽게 말하면 '땅과 기기 외함을 어떻게 이을까'에 대한 설계 방식이다.

정식 정의는 IEC 60364 체계를 따른다. 첫 번째 문자는 전원(발전기·변압기)과 대지의 관계를 나타낸다. 두 번째 문자는 설비의 노출도전부와 대지의 관계를 나타낸다. 그 뒤 문자는 중성선과 보호도체의 배치를 나타낸다.

첫 문자 T는 전원의 한 점을 대지에 직접 접속한다는 뜻이다. 첫 문자 I는 모든 충전부를 대지와 절연하거나 한 점을 높은 임피던스를 통해 대지에 접속한다는 뜻이다.

두 번째 문자 T는 노출도전부를 전원 계통의 접지와 무관하게 대지에 직접 접속한다는 뜻이다. 두 번째 문자 N은 노출도전부를 전원 계통의 접지점에 직접 접속한다는 뜻이다. 교류 계통에서 이 접지점은 통상 중성점이다.

그 뒤 문자 S는 중성선이나 접지된 선도체와 별도의 도체로 보호 기능을 제공한다는 뜻이다. 문자 C는 중성선과 보호 기능을 하나의 PEN 도체로 겸용한다는 뜻이다.

핵심 용어 풀이

• TN계통: 전원의 한 점을 직접 접지하고, 설비의 노출도전부를 보호도체로 그 점에 접속하는 방식이다.
• TT계통: 전원 접지와 설비 접지를 서로 독립된 접지극으로 나누어 시설하는 방식이다.
• IT계통: 충전부를 대지에서 절연하거나 고임피던스로 접지한 방식이다. 1선 지락 때 전원이 바로 차단되지 않는다.
• 보호도체(PE): 감전 보호를 위해 노출도전부와 접지 측을 잇는 도체다.
• PEN 도체: 중성선과 보호도체를 한 도체로 겸용한 것이다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 저압 배전은 접지 방식이 일정하지 않아 누전 사고가 나도 차단되지 않는 경우가 많았다. 그래서 국제표준은 전원 접지와 설비 접지의 관계를 문자 기호로 체계화했다. 이 체계는 IEC 60364 저압 전기설비 규격에서 정리되었다.

우리나라는 2021-01-01부터 한국전기설비규정(KEC)을 적용하고 있다. 옛 '전기설비기술기준의 판단기준'은 이 규정으로 대체되었다. KEC는 접지계통 선정 기준을 국제 체계와 맞춰 제시한다.

접지계통을 정확히 알아야 하는 이유는 세 가지다. 첫째, 누전 시 고장전류 크기가 계통마다 달라 보호장치 선정이 달라진다. 둘째, 사람이 접촉했을 때 접촉전압과 감전 위험이 계통에 따라 다르다. 셋째, 뇌서지가 들어왔을 때 기기 손상 경로가 계통마다 다르다. 이 세 가지가 1교시 비교 문제와 4교시 논술 문제의 공통 축이다.

계통이 잘못 선정되면 차단기는 동작하지 않는데 사람은 감전되는 상황이 생길 수 있다. 특히 TT계통에서는 과전류 차단기만으로 고장을 빠르게 제거하기 어려워 누전차단기가 필수 보호 수단이 된다. 이 점이 계통 선정과 보호 설계를 함께 묻는 이유다.

4. 구성요소·원리·절차

접지계통은 전원 측 중성점의 접지 방식(첫 문자)과 설비 노출도전부의 접지 방식(둘째 문자), 중성선과 보호도체의 배치(셋째 문자)로 정한다. 전원 측이 중성점 직접접지(T)인지, 충전부를 대지와 절연하거나 임피던스를 거쳐 접지(I)하는지가 계통을 가르는 첫 기준이다.

표 해설: TN 계통은 전원 접지점과 설비 노출도전부를 보호도체로 잇는다. TT 계통은 설비 접지극과 전원 접지극이 전기적으로 분리되어 있다. IT 계통은 전원 측을 대지로부터 절연하여 1선 지락 전류를 극히 작게 제한한다.

원리: 감전 보호는 고장 시 고장 루프 임피던스가 작아 과전류 보호장치가 제시간에 동작하는지로 판단한다. TN 계통은 금속 경로가 저임피던스라 지락 전류가 커서 과전류보호장치(차단기·퓨즈)가 동작한다. TT 계통은 대지를 통하는 경로의 임피던스가 커서 지락 전류가 작으므로 누전차단기(RCD) 를 설치해 차단한다.

절차(TN 계통 설계 순서)

• 전원 측 중성점의 직접접지 여부를 확인한다.
• 중성선과 보호도체의 분리 시점을 정한다(TN-S 또는 TN-C-S).
• 설비 노출도전부를 보호도체로 중성점 접지에 접속한다.
• 고장 루프 임피던스를 계산하여 차단기 동작 시간을 확인한다.
• 보호도체 단면적과 연속성을 확인한다.

절차(TT 계통 설계 순서)

• 설비 접지극의 접지저항을 측정한다.
• 접지저항과 RCD 정격감도전류로 접촉전압 한계를 검토한다.
• RCD를 설치하고 차단 시간을 확인한다.

공식: 고장 루프 임피던스 조건은 Z_s \cdot I_a \le U_0 로 쓴다. Z_s는 고장 루프 임피던스(Ω), I_a는 보호장치를 자동 동작시키는 전류(A), U_0는 대지에 대한 상전압(V)이다. TT 계통은 R_A \cdot I_{\Delta n} \le 50\text{V} 로 쓴다. R_A는 노출도전부 접지저항(Ω), I_{\Delta n}는 RCD 정격감도전류(A)다.

5. 관련 법령·기준·표준

국내 저압 접지계통은 한국전기설비규정(KEC) 을 따른다. 2021-01-01 부터 시행되었으며, 이전의 '전기설비기술기준의 판단기준'을 대체했다. 접지계통의 명칭과 분류는 IEC 60364 의 TN·TT·IT 체계를 따른다.

표 해설: TN과 TT의 조건식이 다르다. TN은 과전류보호장치의 동작 조건, TT는 접지저항과 RCD 감도의 곱으로 판단한다. IT 계통은 1차 고장 시 차단하지 않는 것이 핵심이다.

개정 연혁: 2021-01-01 KEC 시행 후 저압 접지 조항이 이 체계로 정리되었다. 구 '판단기준'의 접지 방식 분류는 KEC 로 대체되었다.

6. 유형과 비교

접지계통은 TN-S, TN-C-S, TT, IT로 나뉜다. TN 계통 안에서도 중성선과 보호도체를 나누는 방식에 따라 TN-S, TN-C, TN-C-S로 구분한다. 비교의 핵심은 중성선과 보호도체의 배치, 노출도전부의 접속 대상, 지락 시 고장전류 경로 세 가지다.

위 표는 고장전류의 크기가 접지 경로의 임피던스로 결정된다는 점을 보여준다. TN 계통은 금속 경로가 짧아 지락전류가 커지므로 과전류차단기로 자동차단한다. TT 계통은 대지를 경유하므로 지락전류가 작아 누전차단기가 필요하다.