‘한국전기설비규정(Korea electro-technical code, 이하 KEC)’은 전기설비의 안전하고 객관적인 설계ㆍ시공ㆍ유지관리 등을 목적으로 우리나라의 전기적 환경과 기술수준을 고려하고 국제표준 등의 기술적 근거를 검토해 제정 됐다. KEC와 기존의 판단기준과 큰 차이점으로는 저압 범위, 전선 식별, 접지 시스템, 감전 및 과전류 보호, 배선 공사 방법 등이 주로 국제표준에 부합화해 제ㆍ개정 되어 적용상에 차이가 있다. 그중 차단기, 전선 등의 전기설비는 2000 년 초에 국제표준에 부합화해 국내에서 제작 및 설치가 되고 있고, 산업계 적용 혼동 방지와 국내 기술발전을 위해 기준 적용이 시급한 부분이다. 이번 호에는 KEC의 방대한 분야 중에서 인체 감전 및 설비 보호협조에 가장 중요한 기준으로 KEC 211 감전에 대한 보호에 대해 설명하고자 한다. 지난 3월 발간된 ‘감전 및 과전류 보호 설계방법에 관한 기술지침’을 참고해 기준에서 제시하고자 하는 사항을 기술해 감전 보호 설계 방법을 제시하고, 본지에서 다루지 못한 구체적인 설계 예시 등은 상기 기술지침서에 수록된 내용을 참고하기 바란다.
❶ KEC의 감전에 대한 보호에 대한 규정
현행 한국전기설비규정에서 감전에 대한 보호 설계에 대해서는 표 1과 같이 제211에서 규정하고 있다. 감전에 대한 적용범위로는 ‘인축에 대한 기본보호와 고장보호를 위한 필수 조건을 규정하고 있고 외부영향과 관련된 조건의 적용과 특수설비 및 특수장소의 시설에 있어서의 추가적인 보호의 적용을 위한 조건도 규정한다’고 규정하고 있다.
❷ 감전에 대한 보호 설계방법
가. 보호개념
(1) 허용접촉전압
인체에 대한 허용접촉전압은 다음의 상황과 인체의 임피던스를 고려해야 한다.
(가) 상황 환경적 특성인 상황은 정상적인 상황과 특수 상황으로 구분해 적용해야 한다.
(나) 허용접촉전압의 한계 인체의 허용접촉전압의 한계는 상황에 따라 다음과 같이 구분해 적용해야 한다(KS C IEC 60479-1 참조).
(2) 보호대책
(가) 기본보호
고장이 없는 상태에서의 감전보호로 충전부에 직접접촉을 방지하기 위한 보호방식이다.
(나) 고장보호
저압전기회로 및 설비기기에서 기본절연의 파괴로 인하여 인체에 위험한 접촉전압이 인가되는 것을 방지하기 위한 보호방식이다.
(다) 추가적 보호
추가적 보호는 외부영향의 특정조건과 특정한 특수장소에 한하여 적용한다.
나. 보조대책
보호대책의 요구 조건을 충족시킬 수 없는 경우에는 보조 대책으로 기능적 특별저전압을 적용하여 동등한 안전수준이 되도록 해야 한다.
다. 기본보호
저압설비, 기기 및 시스템에서 기본보호는 충전부의 직접 접촉에 대한 감전보호대책이며, 설비 또는 기기고장이 없는 상태에서의 감전보호이다. 적용할 수 있는 보호대책은 아래와 같다.
(1) 일반인이 접근 가능한 설비에 대한 보호대책
(가) 충전부의 기본절연
(나) 격벽 또는 외함
(2) 숙련자 또는 기능자의 감독 하에 있는 설비에 대한 보호대책
(가) 장애물
(나) 접촉범위 밖에 설치
라. 고장보호
저압설비, 기기 및 시스템에서 고장보호는 주로 기본절연의 파괴에 의해 발생하는 것으로 간접접촉보호에 해당된다. 다음과 같은 보호대책이 있다.
(1) 전원의 자동차단
(2) 이중절연 또는 강화절연
(3) 한 개의 전기사용기기에 전기를 공급하기 위한 전기적 분리
(4) SELV와 PELV에 의한 특별저전압
(5) 숙련자와 기능자의 통제 또는 감독이 있는 설비에 적용 가능한 대책
(가) 비전도성 장소
(나) 비접지 국부등전위본딩에 의한 보호
(다) 두 개 이상의 전기사용기기에 전원공급을 위한 전기적 분리
마. 추가적 보호
추가적 보호는 외부영향의 특정조건과 특정한 특수장소에 한해 적용하며 추가적인 보호수단은 누전차단기와 보조 보호등전위본딩으로 감전의 위험성이 없도록 해야 한다.
(1) 외부영향의 특정 조건
주위온도, 외부열원, 물의 존재 또는 높은 습도 등으로 인해 인체의 저항이 현저하게 저하해 감전의 위험성이 있는 특정조건.
(2) 특정한 특수장소
물이 존재하는 장소이거나 의료기기의 일부를 환자에 접촉시켜 사용함으로 인해 감전의 위험성이 현저하게 높은 장소이다.
(3) 보조 보호등전위본딩
선도체와 대지간에 고장이 발생해 전원을 자동차단해야 하는 경우 표 4의 최대차단시간 이내에 차단하지 못하는 경우에는 보조 보호등전위본딩 도체를 아래의 그림(b)와 같이 추가로 설치해야 한다.
바. 전원자동차단에 의한 감전보호
(1) 고장보호 요구조건
(가) 보호접지
노출도전부는 계통접지방식별로 규정된 조건하에서 보호도체에 접속해야 한다.
(나) 보호등전위본딩
각 건물 내에서 접지도체, 주 접지단자 그리고 계통외도전부는 보호등전위본딩 도체에 연결해야 한다.
(다) 고장시 전원의 자동차단
저압 전기회로에서 선도체와 노출도전부, 선도체와 보호도체 사이에 고장이 발생한 경우에는 다음에 규정된 시간 이내에 차단되어야 한다.
(2) TN 계통의 보호
Step 1 : 고장회로 임피던스(Zs)의 계산
Step 2 : 고장회로 전류(Is)의 계산
Step 3 : TN 계통의 최대차단시간(표 3의 값)
Step 4 : 최대차단시간 이내에 동작하는 보호장치의 동작전류(Ia)
Step 5 : 과전류 보호장치의 자동차단조건 : Zs×Ia≤U0
Step 6 : 과전류 보호장치의 평가
• 적합 : Ia＜IS
• 부적합 유형 1 : In<Is<Ia
• 부적합 유형 2 : Is＜In
Step 7 : 부적합시 추가적인 보호
• 부적합 유형 1 (In＜Is＜Ia) : 보조 보호등전위본딩 도체의 설치
• 부적합 유형 2 (IS＜In) : 누전차단기의 설치
(3) TT 계통의 보호
Step 1 : 고장회로 임피던(Zs)의 계산
Step 2 : 고장회로 전류(Is)의 계산
Step 3 : TT 계통의 최대차단시간(표 3의 값)
Step 4 : 최대차단시간 이내에 동작하는 보호장치의 동작전류(Ia)
Step 5 : 과전류보호장치의 자동차단조건 : Zs×Ia≤U0
Step 6 : 과전류보호장치의 평가
• 적합 : Ia＜IS
• 부적합 유형 1 : In＜Is＜Ia᾽
• 부적합 유형 2 : Is＜In
Step 7 : 추가적인 보호
• 부적합 유형 1에 대한 추가적인 보호조치로 보조 보호등전위본딩 도체의 설치
Step 8 : 부적합 유형 2의 경우 추가적 보호대책으로 누전 차단기 설치
Step 9 : 누전차단기의 자동차단조건 : RA×In≤50V
Step 10 : 누전차단기의 감도전류 및 동작시간의 선택
• 누전차단기의 감도전류(In)는 기기접지저항(RA)과의 곱이 50V 미만이 되도록 선정해야 하고 동작시간은 TT 계통의 최대차단시간을 고려해 선정해야 한다.
(4) IT 계통의 보호
(가) 기본조건
다음의 조건이 충족되지 않으면 IT 계통으로 부적합하다.
• 교류계통 : RA×Id≤50V
• 직류계통 : RA×Id≤ 120V
여기에서,
RA : 접지극과 노출도전부에 접속된 보호도체 저항의 합(Ω)
Id : 전기기기에 1차 고장이 발생했을 때 고장전류(A)
(나) 2차고장시 노출도전부의 일괄접지인 경우 보호대책
Step 1 : 고장회로의 구성
Step 2 : 자동차단조건
• 중성선이 배선되지 않은 경우 : 2IaZs≤U
• 중성선이 배선되어 있는 경우 : 2IaZ᾽s≤U0 \
Step 3 : TN 계통에서 요구되는 최대차단시간을 충족하는 과전류차단기를 선정
(다) 2차고장시 노출도전부의 그룹 또는 개별접지인 경우 보호대책
Step 1 : 고장회로의 구성
Step 2 : 자동차단조건(Ra×Ia≤50V)
Step 3 : TT 계통에서 요구되는 최대차단시간을 충족하는 누전차단기를 선정
❸ 결론
KEC의 감전보호는 KS C IEC 60364-4-41를 근거로 규정하고 있고 KEC의 감전보호는 크게 접촉보호(직접접촉 보호, 간접접촉보호(고장시 자동차단에 의한 보호))와 특별저압(ELV, extra low voltage)보호로 구분된다. 직접접촉보호 요구 조건은 기존 판단기준 충전부 절연, 격벽 또는 절연 외함 시설 등으로 유사한 부분이다. 다만 고장 시 자동차단에 의한 감전보호 방식은 접지 계통에 따른 차단기 차단시간, 고장회로 임피던스 계산, 고장전류 계산 등을 회로 구성에 따라 계산을 해서 감전보호 방식을 선정해야 한다. 정상적인 상황에서 인체의 접촉전압을 50V 이하가 되도록 규정하고 접촉전압이 50V를 초과되는 경우에는 보호장치(과 전류차단기 또는 누전차단기)를 사용해 통전시간을 제한하여 감전보호를 하도록 하고 있다. 이번 호에서는 ‘KEC’의 감전보호 설계방법에 대해 2019년에 발간된 기술지침서 (감전 및 과전류보호 설계방법에 관한 기술지침)를 참조해 간략히 설명했다. 다양한 현장 환경을 고려한 예시들을 참조해 감전보호 설계를 통한 일반인 및 전기기술자가의 안전이 확보가 되고 전기설비 및 기기가 최대의 성능을 발휘할 수 있도록 설계되어야 할 것이다.
