통합접지시스템

왜 배우는가: 통합접지시스템은 전기설비 접지와 건축물 피뢰·통신 접지를 하나로 묶는 방식으로, 현장 설계와 낙뢰·감전 보호에서 실제로 쓰이며 기술사 시험에서 판단기준 제18조와 함께 반복 출제되는 개념이다. 독립접지와 공통접지의 한계를 이해해야 통합접지의 도입 이유와 설치 요건을 설명할 수 있다.

출제 이력: 제110회 2교시 3번, 제94회 3교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

통합접지시스템은 전기설비의 접지계통과 건축물의 피뢰설비·통신설비 등의 접지극을 공용하여 등전위를 형성하는 접지방식이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 통합접지
• 공통접지
• 접지극 공용
• 등가 접지계통
• 국부접지계통
• 서지보호장치(SPD)
• 등전위 본딩

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 건물 안의 전기 설비, 피뢰 설비, 통신 설비가 각자 다른 땅속 접지극을 쓰지 않고 하나의 접지 구조에 함께 연결되는 방식이다. 접지극이 여러 개면 번개나 지락 전류가 흐를 때 서로 다른 접지극 사이에 전위차가 생겨 기기가 손상되거나 사람이 감전될 수 있다.

정식 정의는 전기설비기술기준의 판단기준 제18조 제7항에 근거한다. 이 조항은 전기설비의 접지계통과 건축물의 피뢰설비 및 통신설비 등의 접지극을 공용하는 통합접지 공사를 허용한다. 통합접지는 국부접지계통을 상호 접속하여 구성하는 등가 접지계통이며, 근접 구역에서 위험한 접촉전압이 생기지 않도록 하는 것이 핵심이다.

국부접지계통은 건물 내 일부 구역에 설치된 접지계통을 말한다. 여러 국부접지계통을 서로 연결하면 하나의 큰 등가 접지계통이 된다.

등가 접지계통은 여러 접지극을 하나의 접지 전위로 맞춘 계통이다. 접지극 사이의 전위 차이를 줄여 낙뢰 전류가 들어올 때 기기와 사람 사이의 전위차를 억제한다.

등전위 본딩은 도전성 부분을 전기적으로 연결하여 같은 전위를 갖게 하는 작업이다. 통합접지에서는 전기설비의 노출 도전성 부분과 건축물의 금속 구조물, 통신 설비의 접지를 본딩으로 연결한다.

3. 등장 배경과 필요성

과거에는 전기 접지, 피뢰 접지, 통신 접지를 각각 독립적으로 시공하는 방식이 많았다. 독립접지는 한 접지극의 사고 전류가 다른 접지극에 영향을 주지 않도록 하는 방식이지만, 현실에서는 접지극 사이의 이격거리를 충분히 확보하기 어렵다.

독립접지를 쓰면 다음과 같은 문제가 생긴다.

• 접지극 사이에 전위차가 생겨 기기 사이의 전압 차이가 커진다.
• 낙뢰 전류가 흐를 때 접지극마다 전위가 다르게 상승하여 통신 설비와 전원 설비가 동시에 손상될 수 있다.
• 접지극을 여러 개 설치하므로 시공 비용과 유지관리 부담이 커진다.

이 때문에 접지극을 공용하여 전위 차이를 줄이는 공통접지와 통합접지의 필요성이 커졌다. 특히 정보통신 설비와 뇌보호 설비가 늘면서 낙뢰로 인한 과전압을 막기 위해 서지보호장치(SPD)를 함께 설치하는 방향으로 발전했다.

전기설비기술기준의 판단기준 제18조는 이러한 요구를 반영하여 통합접지 공사를 허용하고, 낙뢰 과전압으로부터 설비를 보호하기 위해 SPD를 설치하도록 정했다. 따라서 통합접지는 단순한 접지 방식이 아니라 전기와 피뢰, 통신 설비를 함께 보호하는 설계 개념으로 이해해야 한다.

위 표에서 보듯 독립접지는 간섭을 막는 데 장점이 있고, 통합접지는 전위 균일화에 장점이 있다. 시험에서는 두 방식의 차이를 전위차 관점에서 설명하면 된다.

4. 구성요소·원리·절차

통합접지시스템은 전기설비의 접지계통, 건축물의 피뢰설비, 통신설비 등의 접지극을 하나로 묶어 등전위를 형성하는 방식이다. 각 설비가 따로 접지극을 가지면 뇌격전류나 지락전류가 흐를 때 접지극 사이에 전위차가 생긴다. 이 전위차는 기기 손상과 감전의 원인이 된다. 통합접지는 이 전위차를 줄이는 것을 원리로 한다.

표의 구성요소는 모두 주접지단자에 모여야 한다. 공용 접지극은 한 곳에서 대지와 만나므로 접지저항이 줄어든다. 두 접지극이 병렬로 연결되면 합성 접지저항은 다음과 같다.

$R_{eq}=\frac{1}{\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}}$

여기서 R_1, R_2는 각 접지극의 접지저항(Ω)이다. 예를 들어 R_1=10\,\Omega, R_2=10\,\Omega이면 R_{eq}=\frac{1}{0.1+0.1}=5\,\Omega이다. 실제 접지극 사이에는 상호 저항이 있으므로 값은 이보다 크다. 그래도 결과가 두 값 중 작은 쪽보다 작아진다는 점은 같다. 결과는 상식 범위 안이다.

통합접지의 설치 절차는 다음과 같다.

• 건물의 기초 구조를 확인하고 기초 매입 접지극을 계획한다.
• 전기설비 접지, 피뢰설비 접지, 통신설비 접지의 접지극을 하나로 묶는 방식을 정한다.
• 주접지단자를 설치하고 각 접지도체와 보호도체를 연결한다.
• 계통외 도전성 부분(수도관, 가스관, 건축 구조체)을 주접지단자에 본딩한다.
• 낙뢰 과전압에 대비해 SPD를 설치한다.
• 접지저항을 측정해 기준값을 만족하는지 확인한다.

통합접지의 핵심 요건은 근접구역에서 위험한 접촉전압이 생기지 않도록 하는 등가 접지계통을 만드는 것이다. 통합접지는 접지극 공용과 등전위 본딩으로 전위차를 없애는 방식이다.

5. 관련 법령·기준·표준

통합접지의 근거는 「전기설비기술기준의 판단기준」 제18조(접지공사의 종류)다. 제7항은 전기설비의 접지계통과 건축물의 피뢰설비 및 통신설비 등의 접지극을 공용하는 통합접지 공사를 허용한다. 이 경우 제6항의 규정을 따른다. 낙뢰 등에 의한 과전압으로부터 전기설비를 보호하기 위해서는 KS C IEC 60364-5-53-534 또는 한국전기기술기준위원회 기술지침 KECG 9102-2011에 따라 SPD를 설치해야 한다.

이 판단기준은 2021-01-01부터 한국전기설비규정(KEC)으로 대체됐다. 현행 기준에서도 접지공사의 종류와 접지저항 기준은 같은 체계로 유지된다. 답안에는 현행 KEC 명칭을 쓰고 옛 명칭은 한 번만 덧붙인다.

접지공사의 종류별 기준값은 다음과 같다.

표의 값은 접지공사별 개별 기준이다. 통합접지에서는 공용되는 접지극 하나가 가장 낮은 기준값을 만족해야 한다. 그래서 가장 엄격한 기준인 10Ω 이하를 목표로 설계하는 것이 일반적이다.

통합접지의 설치 요건을 기준과 연결하면 다음과 같다. 첫째, 접지극을 공용하더라도 각 설비의 접지도체는 주접지단자까지 독립적으로 연결해야 한다. 둘째, 계통외 도전성 부분을 본딩해 근접구역의 전위차를 줄여야 한다. 셋째, SPD는 전원 선로와 통신 선로 양쪽에 설치한다. 넷째, 접지저항은 측정으로 확인하고 기록을 남긴다.