접지저항 저감방법

왜 배우는가: 접지저항은 감전 방지, 고장전류 처리, 서지 대책의 기본 지표다. 부지의 대지 저항률이 높으면 접지극 설계만으로는 목표 저항을 맞추기 어려우므로 저감 대책을 함께 세워야 한다. 그래서 시험에서 물리적·화학적 저감방법을 비교하는 문항이 반복해서 나온다.

출제 이력: 제138회 3교시 6번, 제134회 2교시 2번, 제121회 2교시 2번, 제112회 4교시 4번, 제100회 2교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 접지저항 저감방법은 접지극 주변 대지의 저항률을 낮추거나 접지극과 대지의 접촉 범위를 넓혀 접지저항을 줄이는 기술적 수단이다.

핵심 키워드

• 대지저항률(soil resistivity)
• 접지저항(earth resistance)
• 물리적 저감방법
• 화학적 저감방법
• 화학저감제(earthing compound)
• 접지극 매설 깊이
• 병렬 접지극
• 4전극법(Wenner method)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 말하면 접지는 전기기기를 대지와 같은 전위로 묶는 일이다. 고장전류가 접지극을 통해 땅으로 흘러 들어갈 때 땅이 전류를 얼마나 잘 받아들이느냐가 접지저항의 크기를 정한다. 땅이 전류를 잘 흘리지 못하면 같은 접지극이라도 저항이 커지고, 지락 시 접지극 주변 전위가 크게 올라간다.

정식 정의는 다음과 같다. 접지저항 저감방법은 접지극의 형상과 매설 조건을 바꾸거나 접지극 주변 토양의 전기적 성질을 개선해 접지저항을 목표값 이하로 낮추는 모든 수단을 말한다. 크게 물리적 방법과 화학적 방법으로 나뉜다.

대지저항률은 토양이 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 값이다. 단위는 Ω·m를 쓴다. 접지저항은 접지극의 형상과 치수가 같아도 대지저항률에 비례해 커진다. 따라서 저감의 출발점은 대지저항률을 낮추거나 접지극이 저항률이 낮은 층에 닿게 하는 것이다.

물리적 저감방법은 접지극 자체의 구조와 배치를 바꾸는 방법이다. 접지극을 깊이 매설해 수분이 많고 저항률이 낮은 지층에 닿게 하고, 접지극 길이를 늘리거나 수평 환상도체와 접지망을 설치해 대지와의 접촉 면적을 넓힌다. 여러 접지극을 병렬로 연결하는 방법도 여기에 든다. 다만 접지극 간격이 너무 좁으면 서로 간섭해 저감 효과가 줄어든다.

화학적 저감방법은 접지극 주변 토양에 도전성 물질을 넣어 저항률을 낮추는 방법이다. 화학저감제는 염화나트륨 같은 전해성 물질과 도전성 첨가재로 구성된다. 저감제가 물에 녹아 토양 속 이온 농도를 높이면 전류가 흐르는 통로가 넓어져 접지극 주변 저항률이 떨어진다. 이때 염류가 빠져나가면 효과가 줄고 주변 토양과 금속 접지극을 부식시킬 수 있으므로 시공 전에 환경과 부식 영향을 검토해야 한다.

4전극법은 대지저항률을 측정하는 대표 방법이다. 측정 결과는 저감 설계의 입력값이 되므로 저감방법 선정과 바로 이어진다.

3. 등장 배경과 필요성

전기설비가 커지고 지락 전류가 증가하면서 접지저항을 낮춰야 할 필요가 커졌다. 접지저항이 높으면 지락 시 접지극 주변의 전위 상승이 커져 접촉전압과 보폭전압이 위험한 수준에 이를 수 있다. 또 낙뢰나 서지 전류가 접지극을 통해 빠져나가지 못하면 기기 손상과 통신 장해가 생긴다.

대지 조건은 지역마다 크게 다르다. 점토나 늪지는 저항률이 낮은 편이고, 암반 지대는 매우 높다. 같은 부지라도 건조한 표층과 수분이 많은 심층이 다르고, 계절과 강우에 따라 값이 바뀐다. 이 때문에 설계 부지마다 저항률을 측정하고 그 결과에 맞춰 저감방법을 고르는 절차가 필요하다.