대한전기협회 기술기준처 차송희 과장
한국전기설비규정(Korea electro-technical code, 이하 ‘KEC’)은 전기설비의 안전하고 객관적인 설계·시공·유지 관리 등을 목적으로 우리나라의 전기적 환경과 기술수준을 고려하고 국제표준 등의 기술적 근거를 검토하여 제정되었다. 그 중 KEC의 제1장 공통사항에 규정된 접지시스템은 기존의 종별접지를 삭제하고 국제표준에 부합화하여 허용접촉전압을 적용하였다. 또한 계통접지, 보호접지, 피뢰시스템 접지 등을 포함하고 있으며, 저압 전기설비와 고압·특고압 전기설비에서 공통으로 적용하는 규정이다. 이번 호에서는 KEC의 방대한 분야 중에서 접지시스템의 시설 기준과 저압 수전 수용가의 접지시스템 설계 방법 및 안전대책에 대하여 설명하고자 한다. 지면의 제약으로 다루지 못한 구체적인 사항이나 허용전류 선정 관련 상세 예제 등은 11월에 발간될 ‘접지시스템 설계방법에 관한 기술지침’에 수록된 내용을 참고하기 바란다.
❶ 한국전기설비규정(KEC)의 접지시스템에 대한 규정
현행 ‘전기설비기술기준의 판단기준(이하 판단기준)’에는 접지시설 방법을 종별접지로 분류하여 접지저항 값을 기준으로 하고 있으나 ‘KEC’에서는 국제표준의 접지시설 방법을 도입하여 인체의 허용 접촉전압 값을 기준으로 하고 있다. 표 1은 KEC의 접지시스템 목차 일부이다.
표 2는 KEC와 ‘판단기준’의 접지 관련 규정을 비교하였다. KEC에서는 접지시스템을 계통접지, 보호접지, 피뢰시스템 접지 등으로 구분하고 전력계통에서 시설하는 계통접지, 고장 시 감전에 대한 보호를 목적으로 기기를 접지하는 보호접지, 뇌격 전류를 대지로 방류하여 건축물을 보호하는 피뢰시스템 접지 등으로 규정하였다. 또한 접지시스템의 시설 종류는 단독접지, 공통접지, 통합접지로 선언하여 분류하였다. 이와 비교하여 현재 적용중인 판단기준에서는 종별접지를 기준으로 시설하고 있으며, 공통접지 및 통합접지로 공사하는 경우에는 종별접지를 예외로 할 수 있도록 명시하고 있다.
❷ TT계통에서 접지 설계 방법
TT계통의 경우 TN계통에 비해 사고 시 지락전류가 작아 과전류차단기에 의한 고장전류 차단이 불가능하다. 그래서 TT계통의 과전류 차단기는 보통 누전차단기를 사용하게 된다. 지면의 제약으로 TT계통에서 접지저항이 매우 낮아 과전류차단기를 시설하여야 하는 경우, 접지저항이 높아 누전차단기를 시설하여야 하는 경우를 발췌하여 설계 예시를 제시하였다.
● TT계통에서 과전류 보호장치에 의한 감전보호 설계순서
Step 1 : 고장회로 임피던스(Zs)의 계산
Step 2 : 고장회로 전류(I⨍)의 계산
Step 3 : TT계통의 최대 차단시간(ts : 표 3의 값)
Step 4 : TT계통의 최대차단시간 이내에 동작하는 보호장치의 동작전류(Is)
Step 5 : 과전류 보호장치의 자동 차단조건 :
Zs × Ia ≤ U0
Step 6 : 과전류보호장치의 평가
(1) 적합 : Ia ＜ I⨍ (Zs × Ia ≤ U0)
(2) 부적합 유형 1 : IN ＜ I⨍ ＜ Ia (IN : 정격전류)
(3) 부적합 유형 2 : I⨍ ＜ IN
Step 7 : 추가적인 보호
부적합 유형 1에 대한 추가적인 보호조치로 보조 보호등전위본딩 도체의 설치
Step 8 : 부적합 유형 2의 경우 추가적 보호대책으로 누전차단기 설치
Step 9 : 누전차단기의 자동차단조건 : RA × I△n ≤ 50V
Step 10 : 누전차단기의 감도전류 및 동작시간의 선택
누전차단기의 감도전류(I△n)는 기기접지저항(RA)과의 곱이 50V 미만이 되도록 선정하여야 하고, 동작시간은 TT계통의 최대차단시
간을 고려하여 선정하여야 한다.
(1) 과전류 보호장치의 선정
① 정격전류 20A의 주택용 차단기 B-Type의 고장전류 크기(I⨍) : 151.5A이다.
② 과전류 보호장치에 의한 감전보호 적정성 평가
㉮ 고장전류 동작배율
㉯ 배선용 차단기 제조사의 특성곡선에서 고장전류에 상당하는 동작배율과 특성곡선의 교점에 해당하는 배선용차단기 동작시간(tn)은 0.02초이다.
㉰ TT계통의 220V에서 고장 시 최대차단시간(ts)는 0.2초로 tn(0.02s) ＜ ts (0.2s)로 적정하다.
(2) TT계통에서 과전류 차단기로 감전보호 하는 경우 자동차단조건의 검증
① 고장회로 임피던스(Zs) : 1.4517Ω
② 고장전류 크기(I⨍) : 151.5A
③ TT계통의 최대 차단시간(ts) : 0.2초
④ 최대차단시간 이내에 동작하는 보호장치의 동작전류 (Ia : In × 5 = 20 × 5 = 100△) 배선용차단기에서 주택용 차단기 Type-B는 최대동작시간 0.2초 이내에 동작하려면 과전류 차단기 정격전류의 5배 이상 흘러야 된다.
⑤ 과전류 보호장치의 자동차단 조건
Zs × Ia = 1.4517 × 100 = 145.2[V]
(1) 과전류 보호장치의 선정
① 정격전류 20A의 주택용 차단기 B-Type의 고장전류크기(I⨍)는 20.7A이다.
② 과전류보호장치에 의한 감전보호 적정성평가
㉯ 배선용차단기 제조사의 특성곡선에서 고장전류에 상당하는 동작배율과 특성곡선의 교점에 해당하는 배선용차단기 동작시간(tn)은 ∞초이다.
㉰ TT계통의 220V에서 고장 시 최대차단시간(ts)는 0.2초로 tn(∞) ＞ ts(0.2s)로 부적절하다.
(2) 과전류차단기 적용 시 적정성 판단결과 TT 접지시스템에서 단독접지 적용 시 과전류차단기로 회로를 자동차단하여 보호 시 노출도전부의 접지저항(보호 접지)과 계통접지 저항의 값이 매우 낮은 경우에만 보호가 가능하다. 실제 TT 접지시스템의 단독접지 저항값을 낮추기가 어려 우므로 고장 시 자동차단보호는 누전차단기의 보호를 적용하고 있다.
(3) 누전차단기의 적용
① 누전차단기의 정격을 참조하여 정격감도전류는 500mA로 하고, 동작시간은 비시간지연형으로 선택한다.
② 누전차단기의 동작시간
㉮ 고장전류의 크기 : 20.7A(접지저항이 높은 경우)
㉯ 고장전류에 대한 누전차단기 동작배율 :
④ 동작시간의 평가 : 적정(tn(0.04s) < ts(0.2s))
(4) TT계통에서 누전차단기로 감전보호 하는 경우 자동차단 조건의 검증
다. 누전차단기 적용 시 수용가 최대 접지저항
TT계통의 단독접지방식 적용 시 과전류차단기에 의한 차단방식은 비현실적일 수 있다. 증가하는 부하용량을 가진 고객설비에서 접지극이 요구되는 작은 값은 TT 시스템을 구현하기 위한 제한요소가 된다. 누전차단기를 자동차단방식에 도입 시 수용가의 최대접지 저항값은 다음과 같으며, 과전류차단기 적용시보다 접지저항값이 상당히 높음을 알 수 있다.
❸ 결론
이번 호에서는 KEC의 접지시스템 설계방법에 관한 사항을 올해 발간될 기술지침서(‘접지시스템 설계방법에 관한 기술지침’)를 참조하여 간략히 설명하였다. 기술지침서에는 기술된 사항 외에 TT계통에서 과전류차단기를 시설하고 보조 보호등전위본딩하는 경우, 저항에 따른 다양한 설계 검증, TN계통의 접지 설계 방법, 고압·특고압에서의 설계 방법 등이 명시되어 있다. 접지시스템의 설계는 저압설비의 TN계통, TT계통, 고압·특고압 설비에 따라 달라질 수 있으나 기본적으로 허용접촉전압 50V를 기준으로 적용한다. 그러나 설계방법은 다양한 현장 환경에 따라 시설 방법이 달라질 수 있다. 이에 따라 필요한 필수 조건들을 확인하여 일반인 및 전기기술자의 안전이 확보되고 전기설비 및 기기가 성능을 발휘할 수 있도록 설계되어야 할 것이다.
