IEEE Std 80 접지설계

접지설계의 정의

IEEE Std 80 접지설계는 고장전류 때 접촉전압과 보폭전압을 허용값 이하로 맞추는 절차다.

접지저항 값만으로는 안전을 보장할 수 없다. 사람이 닿는 위치의 전위차까지 함께 봐야 한다.

핵심 키워드는 접촉전압, 보폭전압, 인체허용전류, 허용접촉전압, 허용보폭전압이다.

접촉전압과 보폭전압

고장전류가 흐르면 접지망 주변의 땅 전위가 올라가고, 이를 접지 전위상승이라 한다.

손에서 발로 걸리는 전압이 접촉전압이다. 보폭 약 1m 떨어진 두 발 사이 전압은 보폭전압이다.

두 전압은 같은 고장전류에서 생기지만 전류가 흐르는 경로가 다르다.

인체허용전류

인체허용전류는 감전 때 심실세동을 일으키지 않는 전류의 한계다. 체중 50kg 기준 식을 보자.

I_B는 인체허용전류, t_s는 고장 제거 시간이다. 통전 시간이 길수록 허용 전류가 작아진다.

0.5초일 때 0.164A, 1초일 때 0.116A다. 짧을수록 허용 전류가 커진다.

허용접촉전압과 허용보폭전압

허용접촉전압과 허용보폭전압은 인체허용전류에 인체 저항과 발 저항을 곱해 구한다.

접촉은 발 1개로 보고 계수 1.5, 보폭은 발 2개가 직렬로 들어가 6으로 본다.

자갈 등 고저항 표면층을 깔면 Cs가 1보다 작아지고 허용 전압이 올라간다.

계산 예제

가상의 예로 대지 저항률 ρ는 100Ω·m, 표면 저항률 ρs는 2,500Ω·m, 자갈층 두께 hs는 0.1m라고 하자.

고장 지속시간 ts는 0.5초다. 이때 인체허용전류 I_B는 0.116/√0.5로 약 0.164A가 된다.

Cs는 1 − 0.09(1 − 100/2500)/(2×0.1 + 0.09)로 구하며, 약 0.702가 된다.

그러면 허용 접촉전압은 약 595V다. 실제 접촉전압과 이 값을 비교한다.

판정 흐름과 재설계

접지설계 판정은 측정부터 허용전압 비교까지 순서대로 진행한다.

먼저 대지저항률을 측정하고, 고장전류 IG와 접지저항 Rg로 GPR을 구한다.

GPR이 허용 접촉전압 이하인지 먼저 보고, 넘으면 Em과 Es를 허용값과 비교한다.

허용 이하면 설계를 확정하고, 초과하면 도체 간격을 줄이거나 접지봉을 추가해 반복한다.

정리

정리하면 접지설계는 접지저항만이 아니라 접촉전압과 보폭전압을 함께 본다.

인체허용전류와 표면층 보정으로 허용 전압을 구하고, 실제 전압과 비교한다.

초과하면 메시를 줄이거나 접지봉을 추가해 재설계하고, 확인 단계를 거친다.