비접지 국부 등전위본딩

왜 배우는가: 비접지 국부 등전위본딩은 접지에 의존하기 어려운 장소에서 감전을 막는 대안 보호 방식이다. 실무에서는 IT계통이나 의료장소처럼 자동차단이 어려운 설비를 설계할 때 검토한다. 시험에서는 개념과 적용 조건을 함께 묻는 형태로 출제되어 정확한 정의와 원리를 익혀 두어야 한다.

출제 이력: 제131회 1교시 2번, 제110회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

비접지 국부 등전위본딩은 대지와 연결하지 않은 국부 구역의 도전성 부분을 서로 접속해 동시 접촉 전위차를 없애는 감전보호 방식이다.

• 비접지 국부 등전위본딩
• 보호용 등전위본딩
• 노출도전성 부분
• 계통외 도전성 부분
• 접촉전압
• 자동차단 조건
• 절연감시
• 비접지 계통

정의의 핵심은 두 가지다. 첫째는 대지와 연결하지 않는다는 점이고, 둘째는 국부 구역 안의 도전성 부분을 모두 묶어 전위차를 없앤다는 점이다. 두 조건이 함께 있어야 비접지 국부 등전위본딩이라고 부른다. 어느 한쪽이 빠지면 일반 접지에 의한 보호나 주등전위본딩과 구분되지 않는다.

답안에는 정의 문장을 먼저 쓰고, 위 키워드를 본문 설명 안에서 풀어 쓰는 방식이 효율적이다. 키워드는 답안 전체에서 반복해서 쓰되, 같은 말을 여러 번 정의하지 않는다. 정의에 나오는 '국부 구역'은 건물 전체가 아니라 한 공간이나 한 설비 구역을 뜻한다는 점도 함께 써 두면 채점에서 혼동을 줄일 수 있다.

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 사람이 동시에 만질 수 있는 금속 물체들을 서로 선으로 묶어 같은 전위에 두는 방법이다. 금속 외함과 배관, 건물의 금속 구조물이 한꺼번에 닿을 수 있는데, 이 중 두 물체 사이에 전위차가 생기면 사람이 그 사이에 몸을 대는 순간 전류가 흐른다. 이 전위차를 없애는 것이 등전위본딩의 목적이다.

정식으로는 KS C IEC 60364-4-41(안전을 위한 보호-감전에 대한 보호)에 따라, 전기설비의 노출도전성 부분과 계통외 도전성 부분을 전기적으로 접속하여 접촉전압을 줄이는 보호용 등전위본딩의 한 형태다. 여기서 노출도전성 부분은 충전부가 아니지만 고장 시 전압이 걸릴 수 있는 금속 외함을 말한다. 계통외 도전성 부분은 전기설비와 직접 관계없이 전위를 가질 수 있는 금속 물체, 예를 들어 수도관, 가스관, 철골, 금속 덕트 등을 말한다.

비접지 국부 등전위본딩에서 '비접지'는 본딩된 도전성 부분을 대지와 의도적으로 연결하지 않는다는 뜻이다. 대지와 연결하지 않으면 고장전류가 접지 경로로 흐르지 않으므로 고장 회로를 자동차단기로 끊는 방식이 성립하지 않는다. 대신 고장이 생겨도 본딩된 부분들이 같은 전위로 움직여 사람이 닿아도 두 점 사이 전압이 작게 유지된다. 이것이 이 방식의 핵심 원리다.

등전위본딩은 하나의 전위로 맞추는 것이 아니라 전위차를 줄이는 것이다. 영국 BS 7671 해설도 본딩이 완전한 등전위를 보장하지 않고 전위차를 줄인다고 설명한다. 따라서 답안에서는 '전위차 제거'보다 '전위차 저감'이라는 표현을 쓰는 것이 정확하다. 다만 국부 구역 내에서 동시 접촉 가능한 부분 사이의 전위차를 실질적으로 없애는 것이 목표다.

비접지 국부 등전위본딩을 제대로 적용하려면 몇 가지 조건이 필요하다. 첫째, 본딩 구역이 외부 대지 전위와 분리되어야 한다. 둘째, 바닥이나 벽의 절연성이 충분해야 사람이 대지 전위에 닿기 어렵다. 셋째, 전위 변화를 감시하는 절연감시장치 같은 수단으로 첫 번째 고장을 발견할 수 있어야 한다. 이 세 조건이 갖춰지지 않으면 본딩만으로는 안전이 확보되지 않는다.

자동차단 조건 불충족 상황에서 이 방식을 쓴다는 점도 중요하다. 자동차단은 고장 시 일정 시간 안에 회로를 끊어야 하는데, 접지 저항이 높거나 계통 구성이 특수하면 이 시간을 맞추기 어렵다. 그때 보호 수단을 접지 쪽에서 본딩 쪽으로 옮기는 것이다.

3. 등장 배경과 필요성

저압 감전보호의 기본은 접지 계통과 자동차단이다. 그러나 모든 설비에서 이 방식이 가능한 것은 아니다. 접지극을 설치하기 어려운 장소, 접지 저항을 충분히 낮추기 어려운 장소, 그리고 연속 운전이 필요해 차단이 곤란한 장소가 있다. 이런 장소에서도 감전 위험을 낮출 방법이 필요해서 비접지 방식이 검토되었다.

등전위본딩 자체는 오래전부터 쓰였다. 금속 물체를 서로 연결하면 사람이 동시에 두 물체를 만져도 전압이 걸리지 않는다는 원리에서 출발했다. 여기에 접지 계통과의 관계를 정리하면서 보호용, 기능용, 뇌보호용 등전위본딩으로 구분하게 되었다. 보호용 등전위본딩은 감전 보호를 목적으로 하는 것이다.

국내에서는 전기설비의 감전보호 기준을 KS C IEC 60364 시리즈로 정리한다. 여기서 감전에 대한 보호를 다루는 부분이 KS C IEC 60364-4-41이다. 이 기준은 자동차단 방식뿐 아니라, 자동차단 없이 보호하는 방식도 조건을 붙여 허용한다. 비접지 국부 등전위본딩은 그중 하나로 규정된다.

등전위본딩의 필요성은 접촉 가능한 금속 부분 사이의 전압 문제에서 나온다. 고장 시 한쪽 금속 외함에만 전압이 걸리고 다른 금속 배관은 대지 전위에 있다면, 사람이 두 물체에 동시에 닿을 때 큰 전압이 걸린다. 본딩으로 두 물체를 같은 전위에 묶으면 이 전압을 낮출 수 있다.

따라서 이 방식은 접지 보호가 불가능하거나 불충분한 곳의 보완 수단으로 자리 잡았다. 답안에서는 '접지가 불가능해서 쓴다'보다 '자동차단 조건을 만족하지 못하는 장소에서 접촉전압을 저감하는 수단으로 쓴다'로 쓰는 것이 정확하다.

4. 구성요소·원리·절차

비접지 국부 등전위본딩은 주등전위본딩만으로 전위차가 충분히 줄지 않는 국소 공간에서 보조 등전위본딩(Supplementary Equipotential Bonding)을 추가하는 방식이다. 구성요소는 노출도전성부분, 계통외도전성부분, 본딩도체, 접속 단자다. 이 구성요소를 같은 전위가 되도록 연결하는 것이 핵심이다.

비접지 국부 등전위본딩의 원리는 접촉 가능한 두 도전성부분을 저임피던스로 묶어 그 사이 접촉전압을 낮추는 것이다. 본딩 도체의 저항이 작을수록 고장 시 두 부분의 전위차가 작아진다. 본딩이 없으면 한 손으로 노출도전성부분, 다른 손으로 계통외도전성부분을 잡을 때 고장전압이 그대로 인체에 걸린다.

절차는 다음과 같다.

• 국부 구역에서 동시에 접촉 가능한 노출도전성부분과 계통외도전성부분을 찾는다.
• 과전류차단기나 누전차단기의 자동차단 조건을 만족하는지 검토한다.
• 자동차단 조건을 만족하지 못하는 구역에 보조 등전위본딩을 실시한다.
• 본딩도체를 주접지단자 또는 보호도체에 접속하고 연속성을 확인한다.
• 본딩 후 연속성과 접촉전압 저감 효과를 측정으로 확인한다.

자동차단 조건을 만족하지 못할 때 보조 등전위본딩을 실시한다

비접지 계통에서는 1고장 시 전류가 작아 과전류차단기가 동작하지 않을 수 있다. 이때 본딩으로 접촉전압을 직접 낮추는 것이 보호의 근거가 된다. 본딩 도체에 흐르는 전류는 고장전류 전체가 아니라 구역 내 전위차를 평형시키는 전류다.

5. 관련 법령·기준·표준

국내 전기설비 보호는 「전기설비기술기준」과 한국전기설비규정(KEC)을 따르며, 등전위본딩의 설계와 시공 방법은 KS C IEC 60364 계열 규격을 기준으로 한다. 2021-01-01부터 한국전기설비규정(KEC)이 적용되어 옛 판단기준 체계는 대체되었다. 보호용 등전위본딩은 접촉전압을 현저히 낮춰 인체를 감전에서 보호하는 안전 목적의 접지다.

보조 등전위본딩 도체의 최소 단면적은 아래와 같이 관련 기준이 정한 값을 따른다.

표의 값은 본딩 도체를 구리 연동선으로 가정한 값이다. 기계적 보호 여부에 따라 최소 단면적이 달라진다는 점이 핵심이다.

누전차단기의 정격감도전류는 감전보호용 기준으로 30mA 이하를 많이 쓴다. 이 값은 비접지 구역에서 자동차단을 보완하는 수단으로 함께 검토한다.

기준 연혁을 정리하면 다음과 같다. 2021-01-01 한국전기설비규정(KEC) 시행으로 전기설비 접지 기준 체계가 바뀌었다. 등전위본딩 개념은 KS C IEC 60364 체계에서 보호용·기능용·뇌보호용으로 나뉘어 정리되어 있다.