저압 직류전기설비 접지

왜 배우는가: 직류 전기설비는 태양광, 축전지, 직류 배전처럼 쓰임이 늘고 있어 현장에서 접지 방식을 잘못 잡으면 감전과 설비 손상이 함께 생긴다. 교류 중심의 접지 기준을 그대로 적용하면 맞지 않는 부분이 있어 시험에서 1교시 용어, 2교시 방식 비교, 4교시 내선규정 연계 문제로 반복해 나온다.

출제 이력: 제116회 1교시 5번, 제101회 2교시 1번, 제100회 4교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

저압 직류전기설비 접지는 직류 회로의 극성과 전식 특성을 고려하여 노출도전부와 직류 회로의 극을 대지에 연결하는 방식과 접지도체를 정하고, 감전과 설비 손상을 막는 설비 접지이다.

핵심 키워드

• 직류 전기설비: 전류의 방향이 일정한 전기설비. 태양광 발전, 축전지, 직류 배전이 해당한다.
• 저압 직류 접지: 저압 직류 회로와 노출도전부를 대지에 연결하는 접지 행위 전체.
• 극(極): 직류 회로의 양극과 음극. 어느 극을 접지하느냐에 따라 설비 전위가 달라진다.
• 접지도체: 접지극과 설비를 잇는 도체. 굵기와 재질을 기준에 맞춰 선정한다.
• 전식(電蝕): 직류 누설전류가 금속에 들어갔다 나오는 지점에서 금속이 녹는 현상.
• 누전 검출: 직류 누설전류를 감지해 회로를 차단하는 보호 기능.
• 감전보호: 접촉전압을 허용 범위 안에 두어 사람을 보호하는 목적.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 직류 설비는 전기가 한 방향으로만 흐르는 설비다. 접지는 평상시에는 흐르지 않아야 할 전류가 생겼을 때 그 전류를 땅으로 빼 주는 길을 만드는 일이다. 교류는 전류가 주기적으로 0을 지나므로 차단이 상대적으로 쉽다. 직류는 0을 지나지 않아 아크가 쉽게 꺼지지 않는다. 따라서 직류 설비의 접지와 차단은 교류와 같은 방식으로 적용하기 어렵다.

정식 정의는 다음과 같다. 저압 직류전기설비 접지는 직류 회로의 극과 설비의 노출도전부를 어떤 방식으로 대지에 연결할지 정하고, 그에 맞는 접지도체와 접지극을 시설하여 감전 방지와 설비 보호를 확보하는 것이다.

직류 2선식 회로에서는 한쪽 극을 접지하는 방식이 많이 쓰인다. 한 극을 접지하면 다른 극은 그 극에 대해 직류 전압만큼 높은 전위가 된다. 그래서 접지 극의 선정과 극성 표시를 함께 정해야 한다. 접지 극을 잘못 잡으면 접지 쪽 설비에 원하지 않는 전위가 걸린다.

전식은 직류 특유의 문제다. 직류 누설전류가 매설 금속관이나 접지극으로 들어갔다가 다른 지점에서 나올 때, 나오는 지점의 금속이 전기분해되어 부식된다. 이 현상을 전식이라 한다. 교류에서도 부식이 있지만 직류 전식은 진행 속도가 빠르고 국부적으로 나타난다. 그래서 직류 접지 설계에는 누설전류 경로와 금속 매설물과의 이격을 함께 고려한다.

노출도전부는 평상시에는 전압이 없지만 절연이 파괴되면 전압이 나타나는 금속 부분이다. 노출도전부를 접지도체로 대지에 연결하면 접촉전압이 낮아진다. 이때 접지저항이 낮을수록 접촉전압이 낮아지므로 접지저항 관리가 중요하다.

3. 등장 배경과 필요성

직류 전기설비가 늘어난 배경은 발전과 소비 구조의 변화다. 태양광 발전은 직류로 전기를 만들고, 축전지는 직류로 충전과 방전을 한다. 전력전자 기기와 LED 조명도 내부는 직류로 동작한다. 이런 설비를 교류로 변환해 다시 쓰는 과정에서 손실이 생기므로 직류 배전을 쓰는 사례가 늘고 있다.

교류 중심의 접지 체계는 교류의 주파수와 영점 전류를 전제로 설계되어 있다. 직류에는 영점이 없으므로 같은 기준을 그대로 옮기면 누설전류 검출과 차단이 충분하지 않을 수 있다. 특히 교류용 누전차단기는 직류 누설전류를 제대로 감지하지 못하는 경우가 있어 직류 누설에 대응하는 차단기를 따로 고려해야 한다.

직류 설비에서 접지가 필요한 이유는 세 가지로 정리된다. 첫째, 사람이 노출도전부에 접촉했을 때 감전을 막는다. 둘째, 절연이 파괴되었을 때 과전류 보호장치가 동작할 수 있는 경로를 만든다. 셋째, 금속 매설물과의 상호작용에서 생기는 전식 피해를 줄인다. 세 가지 목적이 서로 충돌하지 않도록 접지 방식을 함께 정해야 한다.

국내에서는 전기설비의 접지 기준이 내선규정과 전기설비 관련 기준에 나뉘어 있다. 접지공사의 종류와 접지저항, 접지선 굵기는 내선규정의 접지공사 표로 정리되어 있으며, 직류 설비도 이 틀 안에서 적용을 검토하게 된다. 따라서 답안에는 교류 기준의 접지 원칙을 먼저 쓰고, 직류 설비에서 달라지는 점을 덧붙이는 구성이 효율적이다.

4. 구성요소·원리·절차

저압 직류전기설비의 접지는 교류 설비와 같은 보호 목적을 갖지만, 직류 특유의 아크 지속성과 지락전류 검출 문제 때문에 구성요소와 절차가 달라진다. 설비는 직류 전원, 극성 배선, 분기 회로, 노출도전부, 보호장치, 접지극으로 구성한다.

직류 회로는 교류와 달리 전류가 영점을 통과하지 않는다. 따라서 차단 시 아크가 쉽게 꺼지지 않고, 지락 발생 시 전류가 지속되기 쉽다. 이 때문에 직류 설비는 극 배치와 차단 방식을 먼저 정하고, 그 다음 접지를 설계한다. 직류 지락전류에는 교류용 누전차단기가 반응하지 않을 수 있으므로 직류 성분을 검출할 수 있는 형식을 쓴다. 접지의 기본 원리는 노출도전부를 대지와 같은 전위로 묶어 접촉전압을 낮추는 것이다. 접지저항이 작을수록 지락전류가 커져 과전류차단기가 빨리 동작한다.

직류 저압 옥내 설비의 접지 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 직류 전원의 극 구성과 접지 방식(한쪽 극 접지 또는 중간선 접지, 비접지)을 정한다.
• 노출도전부와 금속제 외함, 분전반 금속부를 보호도체로 접속한다.
• 전원 측과 부하 측 보호장치(과전류차단기, 누전차단기)를 선정하고 동작 특성을 확인한다.
• 접지극 종류와 매설 깊이를 정하고 접지저항을 측정한다.
• 접지선 굵기를 산정하고 접속부 연속성을 확인한다.

직류 설비는 지락 시 아크가 지속되므로 보호장치 형식과 접지 방식을 함께 정한다

극 구성, 보호도체, 직류 지락 검출을 답안에 반드시 쓴다.

5. 관련 법령·기준·표준

직류 저압 옥내 설비의 접지는 구 「전기설비기술기준의 판단기준」의 저압 옥내 직류전기설비 접지 조항이 시설기준의 출발점이다. 「전기설비기술기준의 판단기준」은 2021-01-01 부터 한국전기설비규정(KEC)으로 대체되었으므로, 현행 기준을 함께 확인해 적용한다. 접지공사의 세부 값은 내선규정에서 정하며, 아래 표는 내선규정의 기준값을 옮긴 것이다.