대부분의 시설은 전기 시스템이 접지되어 있어 낙뢰나 전기 설비의 과전압 사고가 발생해도 전류가 안전하게 접지로 흐릅니다. 접지 전극은 전기 시스템과 접지 사이의 접점을 제공합니다. 안정적인 접지 연결을 보장하기 위해 전기 규격, 엔지니어링 표준 및 현지 표준에서 접지 전극에 대한 최소 임피던스를 지정하는 경우가 많습니다. 국제전기시험협회(International Electrical Testing Association)에서는 평균 가동 시간 요구 사항이 적용된 양호한 시스템에 대해 3년마다 한 번씩 접지 전극 테스트를 실시하도록 지정하고 있습니다.
이 애플리케이션 노트에서는 접지 원리 및 안전에 대해 자세히 설명한 다음 원론적인 테스트 방법인 3극 및 4극 전위 강하 테스트, 선택적 테스트, 무지주 테스트 및 2극 테스트에 대해 설명합니다.
접지가 필요한 이유?
미국전기규격(US National Electrical Code)에는 시설에 접지가 필요한 두 가지 원론적인 이유가 나옵니다.
- 정상 작동 중에 접지 전압을 안정화합니다.
- 번개, 라인 서지 또는 의도하지 않은 고전압선과의 접촉으로 인해 발생하는 전압 상승을 제한합니다.
전류는 항상 유틸리티 변압기, 시설 내의 변압기 또는 발전기와 같은 최소 저항 경로를 찾아 해당 전원으로 돌아갑니다. 한편, 번개는 항상 지면으로 흐를 수 있는 방법을 찾습니다.
송전 라인이나 건물 주변의 한 곳에 번개가 치는 경우 낮은 임피던스의 접지 전극이 에너지를 지면으로 전달하는 데 도움이 됩니다. 접지 및 결합 시스템은 건물 근처의 지면에 전기 시스템 및 철골조를 연결합니다. 이렇게 하면 번개가 칠 때 시설의 전위가 지면과 거의 동일해 집니다. 전위차를 낮게 유지하면 손상이 최소화됩니다.
중간 전압 송전 라인(1000V 이상)이 저전압 라인과 접촉할 경우 주변 설비에 극단적인 과전압이 발생할 수 있습니다. 낮은 임피던스의 전극은 시설의 전압 증가를 제한하는 데 도움이 됩니다. 낮은 임피던스의 접지는 송전 시설에서 생성되는 과도 전류의 반환 경로를 제공할 수도 있습니다.
접지 전극 임피던스
접지 전극에서 접지까지의 임피던스는 주변 접지의 저항률과 전극 구조의 두 가지 요인에 따라 달라집니다.
저항률은 모든 물질의 속성이며 물질의 전류 전도성을 정의합니다. 접지의 저항률은 다음과 같은 이유로 복잡합니다.
- 토양의 조성(예: 점토, 자갈 및 모래)에 따라 달라집니다.
- 서로 다른 물질이 혼합되어 있어 작은 거리에서도 달라질 수 있습니다.
- 광물(예: 소금) 함량에 따라 달라집니다.
- 압착 정도에 따라 달라지며 정착으로 인해 시간에 따라 달라질 수 있습니다.
- 온도와 동결 상태(즉, 연중 시간)에 따라 변합니다. 저항률은 온도가 감소할수록 증가합니다.
- 매설된 금속 탱크, 파이프, 철근 등의 영향을 받을 수 있습니다.
- 깊이에 따라 다르며 일반적으로 깊을수록 낮아집니다.
저항률은 깊이에 따라 감소하는 경향이 있으므로 접지 임피던스를 줄이는 한 가지 방법은 전극을 더 깊게 박아 넣는 것입니다. 막대 배열, 전도성 링 또는 격자를 사용하는 것은 전극의 유효 영역을 늘리는 또 다른 일반적인 방법입니다. 여러 개의 막대가 서로의 "영향 영역" 외부에 있어야 가장 효과적입니다. 일반적인 경험을 통한 결론은 바로 그 길이 이상으로 떨어지게 배치하는 것입니다. 예를 들어, 2.4미터(8피트) 길이의 막대는 2.4미터(8피트) 이상의 간격으로 배치해야 가장 효과적입니다. NEC에서는 25Ω을 전극 임피던스에 대한 허용 한도로 지정합니다. IEEE 표준 142 산업 및 상업용 전력 시스템의 접지에 대한 권장 지침("그린북")에서는 대규모 상업용 또는 산업용 시스템의 주 접지 전극과 접지 사이의 저항을 1~5Ω으로 제시하고 있습니다.
관할 당국(AHJ)을 포함한 지역 당국과 공장 관리자는 접지 전극 임피던스의 허용 한도를 결정할 책임이 있습니다.
참고: 전력 분배 시스템은 교류를 공급하고 접지 테스터는 테스트에 교류를 사용합니다. 따라서, 저항이 아닌 임피던스에 대해 이야기하게 될 것입니다. 그러나 전력 라인 주파수에서 접지 임피던스의 저항 성분은 일반적으로 반응 성분보다 훨씬 크므로 임피던스와 저항이라는 용어가 거의 혼용되는 것을 알 수 있습니다.
3극 및 4극 전위 강하 테스트, 선택적 테스트, 무지주 테스트 및 2극 테스트에 대한 자세한 설명은 케이블 및 극 접지 테스터 사용 방법(.pdf)을 참조하십시오.