공통접지

왜 배우는가: 공통접지는 고압 접지계통과 저압 접지계통을 하나로 묶어 등전위를 만드는 원리라, 배전계통 사고 때 전위 분포를 이해하는 출발점이다. 접지저항과 전위상승 문제는 설계 실무와 시험에서 반복해 출제된다.

출제 이력: 제101회 1교시 8번, 제93회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

공통접지는 고압·특고압 접지계통과 저압 접지계통을 하나의 접지극에 공통으로 접속하여 등전위를 형성하는 접지 방식이다.

핵심 키워드

• 공통접지: 접지극을 공유하여 계통 접지를 하나로 묶는 방식
• 등전위: 접지 주변의 전위차를 없애 접촉전압을 낮춘 상태
• 전위상승: 접지전류가 흐를 때 접지극의 전위가 올라가는 현상
• 접지극 연접: 접지극을 연결해 합성 접지저항을 낮추는 것
• 독립접지: 접지극을 서로 떨어뜨려 전위간섭을 막는 방식
• 통합접지: 건축물 내 여러 접지를 하나로 묶는 방식
• 다중접지 중성선: 중성선을 여러 곳에서 대지에 접속하는 계통 구성

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 전기설비마다 따로 땅에 묻던 접지극을 하나로 묶어 함께 쓰는 것이다. 고압 계통에서 사고가 나면 접지극에 큰 전류가 흐르고, 접지극 전위가 올라간다. 이때 저압 기기와 사람이 닿는 지점의 전위차가 커지면 위험하다. 공통접지는 두 계통을 같은 접지극에 묶어 이 전위차를 줄이는 방식이다.

정식 정의는 다음과 같다. 공통접지는 고압 및 특별고압 접지계통과 저압 접지계통을 공통의 접지극에 접속하여 등전위가 형성되도록 하는 접지 방식이다. 핵심은 두 계통의 접지 전위를 한 점에서 같이 움직이게 하는 것이다.

핵심 용어를 풀면 다음과 같다.

• 접지저항은 접지극이 대지로 전류를 흘릴 때 받는 저항이다. 값이 작을수록 고장전류가 잘 빠진다.
• 전위상승은 접지전류가 접지저항을 통과하며 생기는 전압이다. 전위상승은 V = I \times R_g 로 구한다. 여기서 V는 전위상승(V), I는 접지전류(A), R_g는 접지저항(Ω)이다.
• 전위간섭은 한 접지극에 흐른 전류가 인접한 다른 접지극의 전위를 올리는 현상이다.
• 독립접지는 접지극 사이 전위간섭이 허용 범위 안에 들도록 일정 거리 떨어뜨려 시공하는 방식이다.

공통접지에는 장점과 한계가 함께 있다. 접지극을 연접하면 합성 접지저항이 낮아지고 접지극 수가 줄어든다. 반면 한 접지극의 전위상승이 다른 계통으로 파급될 수 있다. 피뢰기 접지나 제2종 접지를 공통으로 묶으면 누설전류가 한 점으로 모여 전위가 더 올라갈 수 있다. 그래서 공통접지는 계통 특성과 기기 종류를 함께 보고 적용해야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

첫째, 건축물과 변전소가 밀집하면서 접지극을 독립적으로 떨어뜨릴 공간이 부족해졌다. 독립접지는 이격거리를 확보해야 하므로 도심에서는 시공이 어렵다. 둘째, 철골 구조물이나 건물 기초 접지극을 연결하면 큰 접지극을 만들 수 있어 접지저항을 낮추기 좋다. 셋째, 계통 접지를 단순화하고 접지극 수를 줄여 유지관리 부담을 낮출 수 있다.

배전계통에서는 중성선의 역할이 중요해졌다. 22.9kV-Y 다중접지 계통은 중성선을 여러 곳에서 대지에 접속하여 지락 시 보호 동작을 확보하는 방식이다. 이 계통에서 22.9kV-Y 다중접지는 지중배전과 수용가 인입의 기본 구조가 된다. 동심중성선 CV케이블은 차폐층을 동선으로 대체하여 중성선 기능을 겸하므로, 고압 측과 저압 측 접지를 어떻게 묶을지가 설계의 핵심 문제가 된다.

제도 측면에서도 공통접지 개념이 정착되었다. 옛 전기설비기술기준의 판단기준에 공통접지와 통합접지 개념이 도입되었고, 현재는 한국전기설비규정(KEC)에서 적용한다. KEC는 2021-01-01부터 시행되었다.

공통접지의 배경은 사고 시 두 계통 사이의 전위차를 줄여 인명과 설비를 보호하는 데 있다.

필요성을 정리하면 세 가지다. 접촉전압과 보폭전압을 낮춰 인명을 보호한다. 접지저항을 낮춰 보호기기가 고장을 신속히 검출하게 한다. 접지극 수와 시공 공간을 줄여 설비를 경제적으로 구성한다.

4. 구성요소·원리·절차

공통접지(Common Grounding)는 고압·특별고압 계통의 접지와 저압 계통의 접지를 하나의 접지 전극에 묶어 등전위를 형성하는 방식이다. 구성요소의 역할과 절차를 이해해야 부적합 시공과 해소대책을 답안에 정확히 쓸 수 있다.

중성선은 다중접지 계통에서 부하전류와 불평형 전류를 흘리는 도체다. 배전용 CNCV-W 케이블에서는 동심중성선이 이 역할을 맡는다. 중성선은 여러 지점에서 대지와 접속되어 전위를 안정시킨다.

각 구성요소는 독립된 기능을 가지지만, 공통접지에서는 접지 저항이 낮을수록 전위 상승이 줄어든다. 따라서 여러 접지극을 연접하여 합성 저항을 낮춘다.

공통접지의 원리는 등전위 형성이다. 고장전류가 흐를 때 접지점 사이의 전위차를 작게 만들어 감전을 막는다. 저압 기기 외함과 중성선이 같은 전위를 가지도록 연결한다.

전류 흐름은 다음 식으로 정리된다.

$V_{g} = I_{g} \times R_{g}$

여기서 V_{g}는 접지전위 상승(V), I_{g}는 지락전류(A), R_{g}는 합성 접지저항(Ω)이다. 합성 저항을 낮추면 같은 지락전류에서 V_{g}가 줄어든다.

절차는 다음과 같다.

• 고압 계통(22.9kV-Y)과 저압 계통의 접지 전극을 하나로 연접한다.
• 동심중성선을 여러 지점에서 접지극에 접속한다.
• 기기 외함을 접지선으로 공통 접지극에 연결한다.
• 중성선 연속성과 접속 상태를 점검한다.
• 지락 발생 시 보호계전기가 고장 구간을 분리하도록 보호협조를 확인한다.

5. 관련 법령·기준·표준

공통접지의 근거는 전기설비기술기준의 판단기준(구 명칭)을 이은 한국전기설비규정(KEC)이다. 2021-01-01부터 KEC가 시행되어 현행 기준이다. 접지 관련 세부 기준은 KEC 접지 장에 있으며, 고압·특고압 접지와 저압 접지의 공통 접속을 허용한다.

공통접지 설계에서 확인할 기준값은 다음과 같다.

접지저항 10Ω 이하는 KEC 접지 기준의 대표 값이다. 실제 시설은 계통 종류와 대지저항률에 따라 조건이 다를 수 있으므로, 설계 시 해당 조항을 함께 적용한다.

중성선 접속과 관련해서는 다음 점이 중요하다. 중성선은 계통의 전위 기준이므로 임의로 차단하거나 단선되면 저압 측 전압이 불평형으로 상승한다. 이 점이 Ⅱ절 부적합 시공 문제의 출발점이다.

개정 연혁: 2021-01-01부터 KEC가 적용되었고, 옛 판단기준은 대체되었다. 세부 조항 번호는 본문에서 생략한다.

6. 유형과 비교

공통접지는 접지 대상과 접지극의 연결 방식에 따라 몇 가지 형태로 나뉜다. 독립접지(개별접지)와 비교하면 구조와 특성의 차이가 분명하다. 이 차이를 알면 어떤 계통에 공통접지를 적용할지 판단할 수 있다.