접지설계

정의와 키워드

접지설계는 토양 특성과 최대 고장전류를 바탕으로 접지망을 구성하는 일련의 과정이다.

핵심 키워드는 접지저항, 대지저항률, 전위경도다.

사고 전류를 땅으로 안전하게 흘려보내도록 접지 시설을 짜는 일이라고 보면 된다.

목표는 사람이 땅 위에서 전위차를 견디도록 만드는 것이다.

설계 절차 흐름

접지설계는 토양 조사에서 시작해 전위 검토까지 이어지는 흐름이다.

대지저항률을 측정하고 최대 고장전류를 구한 뒤 목표 접지저항을 정한다.

접지망을 설계하고 접촉전압과 보폭전압이 허용치 안에 드는지 검증한다.

허용치를 넘으면 접지봉 추가나 격자 축소로 보강하고 다시 검토한다.

접지저항 계산 예제

가상의 변전소로 계산해 보자. 대지저항률은 100 Ω·m, 메시 면적은 400 m²로 둔다.

근사식 R = ρ/(4r)에서 r은 등가 반경이며 πr²은 메시 면적 A와 같다.

r은 약 11.3 m이므로 R은 약 2.2 Ω이 된다.

근사식이므로 실제 설계에서는 보폭·접촉전압을 따로 검토해야 한다.

메시와 봉형 비교

메시 접지와 봉형 접지는 역할이 달라 비교해서 봐야 한다.

메시는 접지저항을 낮추고 전위경도를 완화하며 보폭·접촉전압을 함께 낮춘다.

봉형은 깊은 층의 저저항을 확보하기 쉽지만 단독으로는 전위경도 완화에 한계가 있다.

그래서 실무에서는 메시를 기본으로 두고 모서리와 중요 접지점에 봉을 더한다.

보폭전압과 접촉전압

보폭전압과 접촉전압은 전류 경로가 달라 대책도 다르다.

보폭전압은 두 발 사이에 걸리며 변전소 외곽 경계부에서 특히 크다.

접촉전압은 손과 발 사이에 걸리며 구조물이나 기기 외함 근처에서 생긴다.

보폭은 외곽 접지망과 자갈 포설로, 접촉은 등전위화와 외함 접지로 줄인다.

측정과 기준

측정은 Wenner 4전극법으로 대지저항률을 재고, 전위강하법으로 접지저항을 잰다.

전위강하법에서는 전위 보조전극을 전류 보조전극 방향 거리의 61.8% 지점에 둔다.

이 값이 맞는지 51.8%와 71.8% 지점 값과 비교해 검증한다.

설계 기준은 한국전기설비규정 KEC와 IEEE Std 80을 따른다.

정리

정리하면 접지설계는 토양 조사에서 전위 검토까지 이어지는 반복 절차다.

접지 목적은 인축 감전 방지, 기기 보호, 기준전위 확보의 세 가지다.

보폭·접촉전압은 접지저항과 별도로 검토해야 한다.