접지

• 관련 문서 : 전기

한자 : 接地
영어 : earth(영국식), grounding(미국식)
러시아어 : Заземление, Земля

1 개요

전기기기를 비롯한 도체를 땅에 연결시켜 놓는 것.

일반적으로, 전자제품을 사용하면 경우에 따라 유도전류나 EMI필터나 설계/고장등의 기타 원인으로 인하여 누설되는 전류가 생긴다. 이 누설전류가 가지는 전압, 전류는 기기마다 다르지만, 사람의 피부가 닿았을 경우 따끔한 현상이 생길 수도 있고, 특히 이런 누설전류는 기기의 안전성에 해가 될 수 있다. 또한 그 것이 누전으로 인한 것이라면 생명에 지장을 초래한다.

따라서 이런 누설 전류를 무한히 큰 대전체인 "지구"에 흘려주는 것이다. 즉, 전위차가 "0"인 지구에 우회시켜주는 것이다. 또한, 접지는 전력선이 어떤 원인에 의해 누전되었을 때, 그 누설된 전기가 사람이 아닌 땅을 통해 흐르게 하여 감전을 막는 역할도 한다.

접지는 전자제품의 EMI 노이즈 필터가 제 역할을 다하게 하여 전원 노이즈를 필터링함으로써 안정적인 동작을 가능하게 한다. 접지된 상태에서의 컴퓨터같은 전자제품은 비접지 상태보다 기대수명이 높은 것은 당연하다. 또한, 서지프로텍터를 이용할 경우, 낙뢰로 전력선을 통해 타고 들어오는 이상전류/전압을 접지로 우회시켜서 전자제품의 피해를 최소화하는 보호를 한다. 그러니까 컴퓨터를 보호하고 싶다면 꼭 접지된 환경에서 품질보증된 멀티탭으로 좋은 것을 쓰자.

2 접지의 종류

국내 기준으로 제 1종, 제 2종, 제 3종, 특별 3종이라는 4가지 체계로 분류가 되어 있다.

구분	용도	접지 저항	굵기(연동선)	단면적	사용장소
제 1종	고압 및 특고압 기계기구류 보호	10Ω이하	공칭 단면적 6mm²	10mm²	내장권선, 방전기, 항공유도장해등, 피뢰기, 그 외 기타
제 2종	고압-저압 혼촉 시 저압측 전위상승 억제 수용가 인입구의 중성점 접지	1. 기본 : R(Ω)=150/1선 지락 전류 2. 2초이내 자동차단장치 사용시 : R(Ω)=300/I 3. 1초 이내 자동 차단장치 사용 시 : R(Ω)=600/I	1. 공칭 단면적 16mm²이상 2. 고압전로 또는 특고압 가공전선로의 전로와 저압 전로를 변압기에 의하여 결합하는 경우는 공칭단면적 6mm²이상	10mm²	추가접지, 주상 변압기 2차측 전로, 혼촉방지판, 그 외 기타
제 3종	1. 화재방지, 인축의 접지사고 방지 2. 400V 미만의 저압기기	100Ω 이하	공칭 단면적 2.5mm²	다심코드 : 0.75mm² 연동연선 : 1.5mm²	조가용선 외함, 네온 변압기 외함, 그 외 기타
특별 3종	1. 화재 방지, 인축의 접지사고 방지 2. 400V 이상의 저압기기	10Ω 이하			풀용(수영장) 수중조명등

3 접지 시공

접지는 기본적으로 대지에 다수의 동봉 또는 동판을 땅 깊이 매설하여 대지와 접촉시킨 후에 접지선을 배선하여 이루어진다 접지저항 확보를 위해 접지저항 저감제를 같이 매립하거나 동 재질이 아닌 다른 재질의 접지기구를 매설하기도 한다. 또한 가능한 깊이 매설해야 계절/온도변화에 영향을 적게 받는다.

접지는 땅과 접촉되는 저항에 따라 급이 나뉘어진다. 정밀기기나 고압전류를 다루는 경우 당연히 저항치가 낮은 접지가 쓰여야 한다.

제 1종과 제 2종 접지공사 방법은 다음과 같다. 간단히 말해 우리가 흔히 보는 전신주의 접지 방법이라고 생각하면 된다. 전신주에서 내려와 땅으로 들어가는 녹색전선이 바로 접지선이다. 하지만, 한국은 규격을 따르지 않는 바람직하지 않은 경우가 아직 많으므로 건물 내의 녹색선이라 하더라도 무조건 접지선이라고 생각해서는 안 된다.

• 접지극은 지면으로부터 75cm 이상의 깊이에 매설해야 한다.
• 접지선은 절연 전선이나 케이블을 사용해야 한다.
• 접지선은 지하 75cm부터 지상 2m의 높이까지 보호관을 사용해서 보호해야 한다.
• 접지극은 지하에 존재하는 금속체(수도관등의 물체)에서 1m이상 이격하거나 30cm 더 깊이 매설해야 한다.

4 접지 공사의 생략

놀랍게도 접지는 생략할 수 있는 기준이 마련되어 있다. 말이 안 된다고 생각하겠지만, 접지공사가 생략되었다는 말은 그만큼 안전한 위치에 놓여있다는 뜻으로 해석할 수도 있다. 그렇다고 일부러 건드려서 통구이가 되지는 말도록 하자. 어디까지나 사람이 아닌, 기계를 보호하는 게 주목적이다.

• 직류 300V / 교류 150V 이하의 기계기구를 건조한 장소에 시설시
• 기계 기구를 사람이 쉽게 접촉할 우려가 없는 목주 위에 설치
• 이중절연 구조의 기계. 헤어드라이기를 대표적으로 볼 수 있다.
• 발전소 및 개폐소에 시설한 기계기구
• 주위에 적당한 절연대를 설치한 기기
• 절연을 하는 것이 기술적으로 곤란한 기기. 전기로나 시험용으로 제작한 변압기 등
• 정격 감도 전류 30mA이하, 동작 시간이 0.03s이하의 누전차단기 설치시
• 저압용 전로의 전원측에 출력이 300V이하, 용량 3kVA이하의 절연변압기를 시설하고 부하측 전로를 비접지로 한 경우

5 송배전 계통의 접지

당장 길에 보이는 전신주가 아닌, 산에서 흔히 볼 수 있는 거대한 철탑레벨의 고압전기(?)에서 사용되는 접지 방식이다. 3상 교류를 기본적으로 사용하고 있기 때문에 일반 접지방식과는 조금 다르게 Y형과 △형식에 따라 접지유무가 또 달라지며, 그 중에서도 Y형식에 사용되는 중성점 접지를 다루고 있다.

3상 교류는 Y결선으로 연결을 하였을 때 3상의 파장이 상쇄되어 0이 되는 지점이 존재하게 되는데, 그 지점을 접지한 것을 중성점 접지라고 부른다.
특이한 경우 중성점이 접지가 되어있고, 접지와 같은, 낮은 이론적으론 0V의 전위를 가진다고 하여 접지로 대용하는 위험한 경우가 있는데 접지된 중성선은 활선에서 나온 전류가 흐르는 전력선이므로 접지의 역할을 절대 할 수 없으며 접지로 쓰다간 사람 죽는일이 생길 수 있다.

5.1 중성점 접지 방법

방식	보호 계전기 동작 확실성	지락전류	전위상승치	과도안정도	유도장해	특징
직접접지	가장 확실함	가장 높다	1.3배	가장 적다	가장 크다	중성점영전위 단절연 가능
저항접지	확실함	높다	√3배	적다	크다
비접지	X	낮다	√3배	크다	작다	저전압 단거리 송전에 사용 △에서 사용
소호리액터접지	불확실함	가장 낮다	√3배이상	가장 크다	가장 작다	LC 병렬공진

무슨 말인지 이해가 되지 않는 위키러들은 가까운 전기 종사자나 근처 대학교의 공대 교수님을 붙잡고 질문해 보자.(...)

5.2 용어설명

• 보호 계전기 : 접지선로를 통해 지락전류, 즉 땅으로 흐르는 전류가 발생했을 때 해당 전류를 검출하여 지락이 발생했음을 제어 패널에 보내는 계전기. 단독으로 작동이 불가능하다.
• 전위상승치 : 해당 지락전류가 발생하였을 때 중성선 선로의 전압이 상승하는 정도.
• 과도안정도 : 과도안전성이라고도 쓰는데, 사고발생이나 급격한 부하변동시 3상전류는 새로운 전압/전류 평형점을 찾아 이동하는데 이 때 이 전류가 얼마나 빨리 안정화 되는가를 의미한다. 송전선로에서도 쓰지만 발전기쪽에서 과도응답성 이라는 용어로도 쓰고 뭐 다른데가서도 많이 쓰는 말이지만 그냥 "얼마나 빨리 안정화되는가" 를 해당 분야에 맞춰보면 거의 들어간다.
• 유도장해 : 전력선에는 고조파 라고 해서 일종의 노이즈같은 것이 흐르는데, 이 때 발생되는 노이즈가 변압기에 유입되어 순환전류를 일으키며 변압기 과열을 발생시키는 경우가 있고 전력선 그 자체의 전류가 만들어내는 전기장 및 자기장이 통신선로나 기타 선로에 전압을 유도해 일으키는 경우가 있다. 케이블에 유도되는 것은 정전유도와 자기유도 두가지 관점에서 해석된다.
• LC 병렬공진 : L(코일) + C (커패시터,콘댄서) 를 병렬로 연결하였을 때 두 소자가 공진하는 현상. LC 병렬공진은 L, C의 값에 따라 특정대역 주파수를 저지하는 특성을 띄게된다.
• 중성점영전위단 절연 : 변압기의 중성선은 Y 결선시 3상 전류의 전압백터가 합쳐져 0 부근에 도달하는데 이것을 중성점이라 하고 또한 전압이 이론적으론 안뜨기에 영전위단 이라고 한다. 이곳을 접지하지 않고 절연하는 것.

6 음향에서의 접지

전자기기가 작동될 경우 그 케이스 등에 전하차가 생기게 된다. 이 때 케이스로도 전류가 누전되는 경우가 있는데 이를 피하기 위해 접지를 시행하게 된다. 회로는 기준전압, 즉 그라운드 역할을 하는 도체를 기준으로 부품들이 결선되어 있는데, 그 기준전압을 후술할 여러 이유로 접지선과 케이스에 연결해놓는다. 만약 우리가 전자기기의 케이싱을 만질 때 전기가 통하는 느낌이 든다면 우리 몸을 통해서 그 전하가 땅으로 방출되고 있다는 것을 의미한다. 한 마디로 우리 몸이 접지선으로써 전기적인 역할을 하고 있다는 것을 의미한다. 흠좀무.

이 때 마이크나 전자기기에 전기가 통하는 것은 제대로 접지를 안 했다는 증거인데, 그럴 경우 우리 몸보다 저항이 적은 전선으로 접지를 해서 기기의 전하를 땅속으로 방출할 필요가 있다. 접지를 할 경우, 땅과 우리 몸, 그리고 기기의 케이스가 같은 전하를 유지하므로 전기가 통하지 않게 된다.

이렇듯 접지는 전자기기에 있어서 필수적이다. 앞서 제시한 공통접지가 회로에서 말하는 기준전압을 제시하는 역할을 하고 있다. 또한 공통접지와 접지도 서로 연결되어 있다. 공통접지는 회로 내부는 물론 장비와 장비 간에서도 매우 중요한데, 장비간에 기준전압이 맞지 않는다면 오작동하거나 상호간 신호전달이 애초에 불가능해질 가능성이 높다. 그렇기에 케이블을 통해서 장비간에 기준전압을 꼭 맞춰줘야 한다.

캐논케이블이나 TRS 라인케이블에서 접지란 그냥 단순히 장비간의 접지 역할도 있지만, 회로의 공통접지와 같은 여러 부품들이 하나의 접지로 음극을 공유하고 있다는 것을 뜻하기도 한다. 이것이 무엇을 의미하냐면 캐논케이블이나 TRS 라인케이블, 스테레오 라인케이블처럼 두 개 이상의 신호를 동시에 보내고 있는 케이블들은 당연히 내부 선도 4가닥 이상이 되어야 한다는 것. 캐논케이블의 경우, Hot 신호 2가닥과 Cold 신호 2가닥이 필요하다. 하지만 캐논케이블은 3개의 심으로 구성되어져 있는데, 여기서 공통접지의 역할이 중요하다. 공통접지는 Hot과 Cold 신호가 서로 회로에서처럼 음극을 공유해서 기준전압을 제시하고, 그 공통접지를 기준으로 Hot 신호와 Cold 신호를 전송하게 만든다.

당연하지만 캐논에서 1번 심이 공통접지, 그리고 2번 심이 Hot, 3번 심이 Cold 역할을 한다. 이것이 가능한 이유는 회로에서와 마찬가지로 접지를 공유하고 있지만 각각의 부품들이 서로 전기적으로는 연결되어 있지 않기 때문이다. 마찬가지로 접지에서도 그냥 선만 땅에 같이 묻는다고 전기적으로 상관이 있는 것이 아니라, 음극과 양극이 서로 회로적으로 연결이 되어야만 비로소 전기적으로 관련이 있다. 공통접지와 Hot, 또는 공통접지와 Cold 이렇게 두 극이 서로 회로적으로 관련이 있을 때에만 말이다. TRS나, 스테레오 케이블에서도 마찬가지인데, 공통접지를 기준으로 한 심, 한 심 만으로 두 개의 채널을 만들어낸다.

7 차량에서의 접지

차량을 관리할때 흔히 접지라는 말을 쓰는 작업이 있다.
사실 이 것은 접지라는 말이 적절치 않은 경우이다.
이 것은 접지가 아닌 차량에서 여러 장치에 전력을 소모하고 배터리로 다시 들어가는 전류의 마이너스(-)극 연결을 보강하는 것이다.
차량에서는 차체 그 자체가 마이너스(-)극으로써 이용되는데, 년식이 지나고 외부환경에 노출되다 보면 차체와 배터리 마이너스(-)극이 연결되어 조여진 차체측의 케이블 단자(홀, 볼트, 너트, 케이블 압착부위등)가 산화되어 녹이 발생하면 필연적으로 저항이 높아져 전류 흐름에 방해는 될 수 있으나 녹을 제거하거나 환원시킨후 다시 케이블 단자를 잘 조여주기만 하면 될 일이지 여기저기에 접지 튜닝이랍시고 케이블을 갖다 추가로 달아놓는 것은 당연히도 특별한 효과가 없다.

마이너스(-)측 케이블들에 문제가 없다면 차량에서 체감하는 문제는 다른 문제일 가능성이 99.9% 이다.

8 주의사항

경우에 따라선 건물에 접지선이 설치되어있지 않아 임시방편으로 동축케이블등을 통해 접지하는 경우가 있는데, 동축케이블의 접지는 신호를 보호하기 위한 것이다. 따라서 동축케이블의 접지로는 누전 시 사용자를 보호할 수 없고, 동축 케이블을 이용해 접지를 하게 되면, 다른 사람들에게 피해를 줄 수 있다. 또한, 동축 케이블이 번개에 맞았을 경우 오히려 과전압/과전류가 역으로 타고 흘러들어올 가능성이 있다.

또, 수도관에 접지를 하는 경우가 있는데, 이 경우 동축케이블과 마찬가지로, 상당한 민폐가 될 수 있다. 수도관이 부식될 수 있는 것은 덤이다. 또한, 금속관으로 된 라디에이터에도 똑같이 해당이 된다.