소방시설 접지

왜 배우는가: 소방설비의 전원·신호회로는 접지가 불완전하면 감전과 오동작, 서지 피해로 이어진다. 소방시설 접지는 기술사 시험에서 접지대상과 시공방법을 묻는 문제로 반복 출제되므로 정의와 대상, 시공 기준을 함께 익혀야 한다.

출제 이력: 제103회 1교시 10번, 제97회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

소방시설 접지는 소방시설의 금속제 외함과 전원·신호 회로를 대지에 전기적으로 연결해 감전과 오동작을 막는 설비 보호 조치다.

• 접지(Grounding): 설비의 도전성 부분을 대지와 저저항으로 연결하는 것.
• 보호접지: 인체 감전과 설비 손상을 막는 접지.
• 기능용 접지: 신호·통신 기능의 기준전위를 안정시키는 접지.
• 접지저항: 접지극과 대지 사이의 저항, 낮을수록 고장전류 방전이 쉽다.
• 등전위 본딩: 노출 도전부를 실질적으로 같은 전위로 묶는 접속.
• 보호도체: 고장 시 고장전류를 흘려보내는 도체.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 소방설비의 금속 상자나 배선 피복이 고장으로 전기를 띠었을 때 그 전기가 사람이 아니라 땅으로 흐르게 만드는 것이다. 이 연결이 제대로 되어 있으면 과전류 차단기나 누전차단기가 빠르게 동작한다.

정식 정의는 다음과 같다. 접지는 전기설비의 특정 부분을 대지 또는 이와 등가인 도전성 물체와 전기적으로 접속하는 것을 말한다. 소방시설에서는 감전 방지를 목적으로 하는 보호접지와 신호 기준전위 안정을 목적으로 하는 기능용 접지로 나누어 본다.

보호접지는 충전부와 노출 도전부가 고장으로 연결될 때 인체에 걸리는 접촉전압을 낮추는 것이 핵심이다. 기능용 접지는 수신기나 통신기기의 신호 기준점을 일정하게 유지해 잡음과 오동작을 줄이는 것이 핵심이다. 두 목적은 같은 접지극을 쓸 수 있지만 요구 저항값과 배선 방식이 다를 수 있으므로 구분해서 쓴다.

등전위 본딩은 접지 자체보다 넓은 개념이다. 금속 배관, 덕트, 기기 외함을 서로 묶어 건물 내부에서 전위차가 생기지 않도록 하는 조치다. 낙뢰나 지락 시 설비 간 전위차로 생기는 사고를 막는다.

3. 등장 배경과 필요성

전자식 수신기, 화재감지기 회로, 통신설비가 늘면서 접지의 역할이 커졌다. 이들 기기는 전압 레벨이 낮고 잡음에 민감하다. 접지가 불량하면 외부 노이즈가 신호선을 타고 들어와 오보나 미동작이 생긴다.

화재 시에는 전원 차단과 설비 가동이 동시에 요구된다. 접지 불량으로 누전이 생기면 화재 원인이 되기도 한다. 그래서 설계 단계부터 접지 방식과 저항 기준을 정해 두어야 한다.

지침은 저압 산업용 기계기구에 대해 등전위 본딩을 요구한다. 본딩 도체의 최소 단면적은 14제곱밀리미터 이상으로 규정한다. 소방설비 접지도 같은 원리로 설계하되, 소방시설법과 화재안전기준의 요구사항을 우선 확인해야 한다.

KEC 체계에서는 접지 공사의 종류와 접지저항 기준이 전기설비 규정으로 정리되어 있다. 소방설비의 접지저항 값과 접지선 굵기는 적용 기준을 확인한 뒤 답안에 쓴다.

4. 구성요소·원리·절차

접지 시스템은 접지극, 접지도체, 보호도체, 등전위 본딩도체로 구성된다. 소방시설에서는 수신기·제어반·전동기 등 금속 외함을 접지하는 것이 핵심이다. 각 구성요소는 고장전류의 통로 역할을 하며, 접지저항 값이 외함 전위 상승 크기를 결정한다.

위 표는 구성요소별 역할을 정리한 것이다. 접지극은 접지저항을 좌우하고, 보호도체는 외함과 접지선을 잇는다. 본딩도체는 여러 금속부의 전위차를 줄이는 역할을 한다.

접지 원리는 옴의 법칙으로 설명된다. 절연이 파괴되어 외함에 전압이 걸리면 고장전류 I_g가 접지저항 R_g를 거쳐 대지로 흐른다. 외함 전위는 V = I_g \cdot R_g (V: 외함 전위[V], I_g: 고장전류[A], R_g: 접지저항[Ω])로 정해진다. 접지저항이 작을수록 외함 전위가 낮아지고, 과전류차단기나 누전차단기가 빨리 동작한다.

고장 시 접지 동작은 다음 순서로 진행된다.

• 절연 파괴로 충전부가 금속 외함에 접촉한다.
• 보호도체를 통해 고장전류가 대지로 흐른다.
• 접지저항이 외함 전위 상승을 억제한다.
• 누전차단기 또는 과전류차단기가 전로를 차단한다.
• 복구 후 접지저항과 본딩 상태를 재점검한다.

계통접지는 변압기 중성점을 접지하는 방식이며, 제2종 접지 저항값은 차단 시간 등 적용 조건에 따라 달라지므로 해당 기준을 확인한다.

시공 절차는 다음과 같다.

• 금속 외함과 노출 도전부를 식별한다.
• 전압 구분에 따라 접지 공사 종류를 정한다.
• 접지극을 매설하고 접지도체를 시공한다.
• 접지저항을 측정하고 기준값과 비교한다.
• 본딩 지점의 접촉면을 세척하고 볼트를 체결한다.
• 준공 검사 후 정기적으로 점검한다.

5. 관련 법령·기준·표준

이 절의 원문 근거는 「산업안전보건법」 제13조에 따른 '저압산업용기계기구의 부속전기설비의 전기재해 예방을 위한 기술상의 지침'(고시)이다. 이 고시는 교류 600V 또는 직류 750V 이하 산업용 기계·기구에 적용되며, 소방시설 자체의 접지 기준을 정한 것은 아니다. 소방시설 접지는 소방시설 설치 기준과 전기설비 기준을 함께 확인해야 한다. 전기설비 기준은 2021-01-01부터 한국전기설비규정(KEC)으로 바뀌었다.

고시 제18조는 본딩용 도체의 최소 단면적을 14㎟ 이상으로 정한다. 제8조 〈표 1〉은 전원선 단면적 S에 따라 외부보호도체의 최소 단면적을 정한다.

위 표의 값은 고시 원문과 접지 해설 자료에서 옮긴 것이다. 제3종·특3종·제1종 접지 저항은 전기기기 외함 접지 기준이며, 소방시설 접지에도 같은 값을 그대로 적용한다는 근거는 없다. 제2종 접지는 변압기 저압측 중성점 접지이며 계산식이 다르므로 별도로 구분해 쓴다.

고시 제19조는 전기장치등의 본딩에서 연속성을 유지하도록 정한다. 볼트 접속 시 접촉면에 페인트 등 이물질이 없어야 하며, 기계 일부를 분리해도 접지회로가 연속되어야 한다. 제44조는 이 고시를 매 3년마다 타당성 검토하도록 정한다.

국제 기준으로는 IEC 61140이 감전 보호의 기본 원칙을 정한다. 기본 보호와 고장 보호를 구분하며, 접지는 고장 보호의 핵심 수단이다.

6. 유형과 비교

접지는 목적에 따라 보호용(보안용), 기능용, 뇌보호용으로 나뉜다. 소방시설 접지에서는 감전 보호를 위한 보호용 접지와 금속부 사이의 등전위 본딩이 핵심이다. 접지 방식은 개별접지와 공용접지(통합접지)로 나뉜다. 두 방식은 전위 분포와 타 설비 영향이 반대로 나타나므로 함께 비교해야 한다.

공용접지는 뇌전류와 고장전류를 여러 접지극에서 동시에 대지로 방전하므로 설비 간 전위차를 줄인다. 반면 한 설비의 고장이 연결된 모든 설비로 파급될 수 있다. 개별접지는 설비 간 간섭이 적으나 설비 간 이격거리를 충분히 확보하기 어렵다는 현실적 제약이 있다.

등전위 본딩 도체의 최소 단면적은 적용 대상에 따라 기준이 다르다. 전기장치등의 본딩은 저압산업용기계기구 지침 기준을, 설비 본딩은 접지 해설 자료의 기준을 따르므로 두 기준을 구분해 쓴다.