접지설계 순서 및 접촉·보폭전압 저감

접지설계란

접지설계는 고장 시 접촉·보폭전압을 허용값 이하로 제한하는 절차다.

사람이 사고 현장에 서 있을 때 땅과 몸 사이에 걸리는 전압이 위험한지 미리 계산해 본다.

위험하면 접지망 간격이나 접지봉을 고쳐 다시 설계한다.

고장전류와 대지전위상승

지락 같은 고장전류가 접지망을 통해 대지로 흘러 들어간다.

이때 접지망 전위가 원격 대지에 대해 상승하는데, 이를 대지전위상승이라 한다.

GPR은 접지저항에 고장전류를 곱한 값과 같다.

접지저항이 작아도 전위구배가 크면 접촉·보폭전압이 허용값을 넘을 수 있다.

접촉전압과 보폭전압

접촉전압과 보폭전압은 전위분포가 달라 따로 해석한다.

접촉전압은 손과 발이 닿는 구조물과 대지의 전위차다.

보폭전압은 두 발 사이 대지의 전위차다.

접촉은 본딩과 망 간격, 보폭은 외곽 확장과 전위경사 제어가 핵심 저감 방향이다.

접지설계 순서 (1~4단계)

접지설계는 IEEE Std 80의 흐름에 따라 일곱 단계로 진행한다.

먼저 토양과 매설물 등 현장자료를 조사하고, 고장조건을 정한다.

다음은 인체 조건과 표면층 저항을 반영해 허용전압을 산정한다.

마지막으로 열적 내량과 기계적 강도로 접지도체 단면적을 고른다.

접지설계 순서 (5~7단계)

다음은 초기 접지망을 설계한 뒤 계산 값과 허용값을 비교하는 단계다.

접지저항, GPR, 망전압과 보폭전압을 계산해 허용값과 비교한다.

초과하면 망 간격을 줄이거나 외곽을 넓히고 접지봉을 추가해 재계산한다.

전이전압과 시공·시험 계획까지 확인해 설계를 확정한다.

표면층 자갈과 흔한 실수

표면층 자갈은 발과 대지 사이 저항을 높여 허용전압을 올린다.

시험에서 자주 틀리는 답은 접지저항만 낮추면 안전이 확보된다는 것이다.

접지저항이 낮아도 전위구배가 크면 접촉전압이 허용값을 넘을 수 있다.

허용전압 산정에서 고장 지속시간과 표면층 저항을 빠뜨리면 안 된다.

정리

마지막으로 핵심을 정리한다.

앞 문제의 정답은 아니다. 접지저항과 접촉·보폭전압은 따로 판정한다.

접촉전압은 망 간격과 등전위 본딩, 보폭전압은 외곽 확장과 전위경사 제어가 핵심이다.

허용값 이하로 확정하는 것이 목표이며, 초과하면 망을 조정해 재계산한다.

전이전압까지 함께 검토해야 접지설계가 끝난다.