CQ4L

접지방식(IEC 60364-3)

—

제공

4
안
접지방법의 결정

(목적에따른)
중성점 접지방법
유효접지와 비유효접지
유효접지의 조건과 만족범위
IEC 60364-3 배전계통의 접지
PEN, PEM, PEL

(형태에따른)
단독접지와 공용접지
구조체 접지설계 시 검토사항
통합 공통접지방식
등전위 본딩
접지선 접지봉
서지 침입시 접지극의 과도현상과 대책

목차(KEC203)

1️⃣문자의 의미

1)첫 번째 문자

  • 전력계통과 대지의 관계
  • T : 대지와 직접 연결(라틴어 Terra)
  • I : 대지와 연결하지 않거나 고저항을 통해서 접지(Isolate)

2)두 번째 문자

  • 설비에 노출된 도전성 부분과 대지의 관계
  • T : 노출된 도전성 부분을 직접 대지와 연결(Terra)
  • I : 노출된 도전성 부분을 중성점에 연결(Neutral)

3)그 다음문자(문자가 있을 경우)

  • 중성선과 보호도체의 배치
  • S(Seperator) : 중성선 또는 접지된 선도체 외에 별도의 도체에 의해 제공되는 보호 기능
  • C(Combine): 중성선과 보호 기능을 한 개의 도체로 겸용(PEN 도체)

2️⃣TN계통

1)정의

  • TN계통은 발전기 혹은 변압기의 중성점(N)을 접지하고 기기와 보호접지(ProtectiveEarth)를 이 중성점과 같이 연결하는 방식

장점

  • 빠른 감전 보호: 누전 발생 시 빠르게 전원을 차단하여 감전 위험을 최소화
  • 안전성 향상: 전기 설비의 안전성을 높여줌
  • 다양한 보호 기능: 과전류, 단락 등 다양한 고장 상황에 대한 보호 기능을 제공

단점

  • 누전차단기 오동작 가능성: 외부 노이즈 등으로 인해 누전차단기가 오동작할 수 있습니다.
  • 설비 비용 증가: 누전차단기 등 보호 장치 설치 비용이 추가됩니다.

2)분류

  • TN 계통은 중성점(N)과 보호접지(PE)가 연결된 지점에 따라서 3가지로 나뉜다
    • TN-S :
      • 보호접지(PE)와 중성점(N)은 변압기나 발전기 근처에서만 서로 연결되어있고
      • 전 구간에서 분리되어 있는 방식(Separate)
    • TN-C :
      • 보호접지(PE)와 중성점(N)은 전 구간에서 공통으로 사용됨.
      • 거의 사용되지 않는 방식(Combined)
    • TN-C-S :
      • 보호접지(PE)와 중성점(N)은 어느 구간까지는 같이 연결되어 있다가 특정구간(건물의 인입점 등)부터 분리된 방식.
      • 중성선 다중접지 방식과 비슷하며 영국에서는 PME(ProctiveMultipleEarthing),호주에서는 MEN(MultipleEarthedNeutral)이라고도 불림

3)지락보호 : 과전류차단기

4)작동 원리

감전 방지: 전원이 차단되어 감전될 위험이 있는 전압이 사라집니다.

절연 파괴: 전기 설비의 절연이 파괴되어 대지로 누전이 발생합니다.

누전 감지: 누전차단기(ELCB) 등의 보호 장치가 누전 전류를 감지합니다.

전원 차단: 누전차단기가 빠르게 동작하여 전원을 차단합니다.

3️⃣TT계통방식

1)정의

  • TT계통은 발전기나 변압기의 접지극과는 별도로 각 수용가에서 접지극을 설치하여 접지하는 방식

2)특징

  • TN계통에 비해 노이즈 신호 등의 유입을 차단할 수 있는 장점
    • TN계통은 여러 가지 전자기기들이 접지극을 공유함으로써 접지극을 통하여 노이즈 신호 등이 유입되어 다른 전자기기 등에 악영향을 끼칠 수 있다.
    • TT계통은 접지극을 따로 설치하므로 노이즈 유입을 차단할 수 있다
  • 중성점 전위상승의 영향을 받지 않는다
    • TT계통은 상불평형이나 중성선 단선으로 중성점 전위상승이 생긴다
    • TT방식은 영향을 받지 않고 전기기구의 함대와 대지 간 등 전위 유지가 가능한 장점이 있다
  • 국내에서 많이 사용하는 방식이다
접지공사의 종류접지저항접지선 굵기
[㎟]
고압 기기접지(구1종)10[Ω]이하6 이상
계통접지(구2종)150/Ig
(300/Ig, 600/Ig)		16이상
(6이상)
저압 기기접지(구3종)100[Ω]이하2.5이상

3)지락보호 : 과전류차단기 또는 ELB

4️⃣IT방식

  • 정의 : IT계통은 전원이 접지되어 있지 않거나 높은 임피던스로 접지되면, 수용가에서는 별도의 접지극을 설치하는 방식
  • 특징 : 1점 지락 시 기기의 프래임 접지저항 낮게 보호, 2점 지락시 대책 강구

5️⃣PEN, PEM, PEL

1)PEN

  • Conductoe for Both Protective Earthing Conductor and Neutral Conductor
  • 보호도체와 중성선을 겸한 도체

2)PEM

  • Conductoe for Both Protective Earthing Conductor and Mud-point Conductor
  • 보호도체와 중간선 기능을 겸한 도체

3)PEL

  • Conductoe for Both Protective Earthing Conductor and Line Conductor
  • 보호도체와 전압선을 겸한 도체
접지방법의 결정

(목적에따른)
중성점 접지방법
유효접지와 비유효접지
유효접지의 조건과 만족범위
IEC 60364-3 배전계통의 접지
PEN, PEM, PEL

(형태에따른)
단독접지와 공용접지
구조체 접지설계 시 검토사항
통합 공통접지방식
등전위 본딩
접지선 접지봉
서지 침입시 접지극의 과도현상과 대책

목차(배전계통의 접지방식)

●C19.IEC분류접지방식(TN,TT,IT)의 특징과 감전방지대책을 설명하시오

●C25.TN계통 전압 의 아래사항을 설명하시오

간접접촉보호를 위한 전압종류별 최대 차단시간
저압기기 허용 스트레스 전압과 차단시간
접지계통별 종류별 고장전압과 스트레스 전압현황

간접접촉 보호를 위한 전압 종류별 최대 차단 시간

간접접촉이란 사람이 절연이 파괴된 기기의 노출된 도체 부분에 접촉하는 경우를 말합니다. 이러한 상황에서 사람이 감전되지 않도록 하기 위해서는 지락 사고 발생 시 빠르게 전원을 차단해야 합니다.

전압 종류최대 차단 시간 (초)비고
AC 50V 이하0.4일반적인 가정용 전원
AC 50V 초과 ~ 120V0.2산업 현장 등
AC 120V 초과 ~ 250V0.2고압 설비 등

저압 기기 허용 스트레스 전압과 차단 시간

저압 기기의 허용 스트레스 전압은 기기의 종류, 절연 등급에 따라 다릅니다. 일반적으로 저압 기기는 과전압에 취약하며, 과도한 전압이 인가되면 절연 파괴가 발생할 수 있습니다. 따라서 저압 기기의 허용 스트레스 전압을 초과하지 않도록 설계하고 운용해야 합니다.

차단 시간은 지락 사고 발생 시 전원을 차단하는 데 걸리는 시간으로, 위에서 언급한 간접접촉 보호를 위한 최대 차단 시간을 준수해야 합니다.

접지 계통별 종류별 고장 전압과 스트레스 전압 현황

접지 계통고장 전압스트레스 전압
TN-S낮음낮음
TN-C보통보통
TN-C-S보통보통
TT높음높음
IT매우 높음매우 높음
  • 고장 전압: 지락 사고 발생 시 접지된 부분에서 발생하는 전압입니다.
  • 스트레스 전압: 기기에 인가되는 과도한 전압으로, 절연 파괴를 유발할 수 있습니다.

○C26폭발의 우려가 있는 장소의 고압계통에서 1선지락 시 저압 측 보호를 위한 저압 접지계통(접지방식)을 선정하고 수식으로 그 이유를 설명하시오

폭발 위험 지역의 특성과 고려 사항

폭발 위험 지역에서는 미소한 스파크나 열에도 폭발이 발생할 수 있으므로, 전기 설비의 안전 확보가 매우 중요합니다. 특히 고압계통의 1선 지락 시 발생하는 과전압은 절연 파괴를 유발하여 스파크를 발생시킬 수 있으며, 이는 폭발로 이어질 수 있는 위험 요소입니다.

저압 접지계통 선정

폭발 위험 지역의 고압계통 1선 지락 시 저압측 보호를 위해 IT 접지계통이 가장 적합합니다.

IT 접지계통은 변압기의 중성점이 접지되지 않은 시스템으로, 다음과 같은 장점이 있습니다.

  • 지락 전류 제한: 지락 발생 시 지락 전류가 매우 작아, 스파크 발생 가능성이 낮습니다.
  • 과전압 억제: 지락 발생 시 건전상 전압 상승이 적어, 절연 파괴의 위험을 줄입니다.
  • 아크 발생 억제: 지락 전류가 작아 아크 발생 가능성이 낮습니다.

수식을 통한 설명

1. 지락 전류 (Ig):

IT 접지계통에서의 지락 전류는 다음과 같이 표현됩니다.

\[I_g=\frac{E}{Z_g+Z_s}\]
  • Ig: 지락 전류
  • E: 선간 전압
  • Zg: 지락점에서 접지점까지의 임피던스
  • Zs: 시스템 임피던스

위 식에서 알 수 있듯이, IT 접지계통에서는 Zs가 매우 크기 때문에 지락 전류 Ig가 매우 작아집니다.

2. 건전상 전압 상승 (ΔV):

IT 접지계통에서의 건전상 전압 상승은 다음과 같이 표현됩니다.

\[\Delta V=I_g\times \frac{Z_s}{\sqrt{3}}\]
  • ΔV: 건전상 전압 상승
  • Ig: 지락 전류
  • Zs: 시스템 임피던스

위 식에서 알 수 있듯이, 지락 전류 Ig가 작기 때문에 건전상 전압 상승 ΔV도 작아집니다.

●C29저압계통의 PEN선 또는 중성선이 단선될 때 사람과 기기에 주는 위험성과 대책

PEN선 단선 시 발생하는 문제

  • 고전압 발생: PEN선이 단선되면 건전상과 대지 사이의 전위차가 커져, 접촉하는 사람이나 기기에 고전압이 인가될 수 있습니다. 이는 감전 사고로 이어질 위험이 매우 높습니다.
  • 기기 손상: 고전압으로 인해 전기 기기의 절연 파괴가 발생하여 기기가 손상되거나 화재가 발생할 수 있습니다.
  • 보호 계전기 오동작: PEN선 단선으로 인해 보호 계전기가 오동작하거나, 반대로 동작하지 않아 사고가 확대될 수 있습니다.

PEN선 단선 원인

  • 접속 불량: 접속 부분의 부식, 느슨함 등으로 인해 단선될 수 있습니다.
  • 기계적 손상: 외부 충격이나 설치 불량으로 인해 선이 끊어질 수 있습니다.
  • 열화: 오랜 시간 사용으로 인해 절연 피복이 열화되어 단선될 수 있습니다.

PEN선 단선 시 대책

  • 정기적인 점검: PEN선의 접속 상태, 절연 상태 등을 정기적으로 점검하여 이상 유무를 확인해야 합니다.
  • 견고한 설치: PEN선을 견고하게 설치하여 외부 충격에 의한 손상을 방지해야 합니다.
  • 부식 방지: 부식이 발생하기 쉬운 부분에는 방청 처리를 하여 수명을 연장해야 합니다.
  • 누전 차단기 설치: 누전 차단기를 설치하여 누전 발생 시 전원을 자동으로 차단하여 감전 사고를 예방해야 합니다.
  • 접지 저항 측정: 정기적으로 접지 저항을 측정하여 접지 상태를 확인해야 합니다.
  • 안전 표지 설치: 위험한 장소에는 안전 표지를 설치하여 작업자의 안전을 확보해야 합니다.

○C30.KS C IEC60364-5-54에 의한 PEN, PEL, PEM 도체의 요건에 대하여 설명하시오

  • PEN 도체 (Protection and Neutral Conductor): 보호 도체와 중성선의 기능을 동시에 수행하는 도체입니다. 주로 단상 3선식 시스템에서 사용되며, 접지와 중성화 기능을 하나의 도체로 해결하는 경제적인 방식입니다.
  • PEL 도체 (Protective Earth and Local Equalisation Conductor): 보호 도체와 국부 등전위 본딩 도체의 기능을 동시에 수행하는 도체입니다. 특정 영역에서 전위를 균일하게 유지하여 감전 위험을 줄이는 역할을 합니다.
  • PEM 도체 (Protective Earth and Middle Conductor): 보호 도체와 중간선의 기능을 동시에 수행하는 도체입니다. 주로 IT 시스템에서 사용되며, 접지와 중성화 기능을 분리하여 안전성을 높이는 방식입니다.

각 도체의 요건

1. PEN 도체

  • 단면적: 충분한 전류를 흘릴 수 있도록 충분한 단면적을 가져야 합니다.
  • 기계적 강도: 외부 충격이나 변형에 견딜 수 있도록 충분한 기계적 강도를 가져야 합니다.
  • 부식 방지: 부식에 강한 재질로 제작되거나 부식 방지 처리가 되어야 합니다.
  • 전기적 연속성: 접속 부분에서 전기적 저항이 낮아야 하며, 부식이나 기계적 손상으로 인해 단절되지 않도록 해야 합니다.
  • 접속: 주접지단자에 단단히 접속되어야 하며, 다른 도체와의 접속 시에도 안전하게 연결되어야 합니다.

2. PEL 도체

  • PEN 도체와 동일한 요건: PEL 도체는 PEN 도체와 유사한 요건을 만족해야 합니다.
  • 국부 등전위 본딩: 특정 영역 내에서 전위를 균일하게 유지하기 위해 다른 도전성 부분과 연결되어야 합니다.

3. PEM 도체

  • PEN 도체와 동일한 요건: PEM 도체는 PEN 도체와 유사한 요건을 만족해야 합니다.
  • 중간선 기능: IT 시스템에서 중간선으로 사용될 경우, 해당 시스템의 요구 조건을 만족해야 합니다.

추가 고려 사항

  • 시스템 종류: 사용되는 시스템의 종류에 따라 요구되는 도체의 종류와 규격이 달라질 수 있습니다.
  • 설치 환경: 설치 환경의 특성 (습도, 온도, 부식성 등)을 고려하여 도체를 선정하고 설치해야 합니다.
  • 규정 준수: KS C IEC 60364-5-54 뿐만 아니라 관련 법규 및 규정을 준수하여 설비를 설치해야 합니다.

●C35.TN계통에서 전원자동차단에 의한 감전보호방식에 대하여 설명하시오

●36두개 이상의 충전도체 또는 PEN도체를 계통에 별열로 접속할 때 고려사항에 병렬도체 사이에 부하전류가 최대한 균등하게 배분할 수 있는 병렬케이블(L1, L2, L3, N)의 특수배치에 대하여 그림을 그리고 설명하시오

KEC232.3.2

병렬 도체의 부하 전류 불균형 원인

  • 도체 임피던스 차이: 각 도체의 길이, 재질, 단면적 등이 다르면 임피던스가 달라져 전류 분배가 불균형해질 수 있음
  • 접속 불량: 접속 부분의 접촉 저항이 크면 전류가 작은 저항 쪽으로 쏠리는 현상이 발생
  • 외부 자기장 영향: 외부 자기장의 영향으로 유도 전압이 발생하여 전류 분배가 불균형해질 수 있음

병렬 케이블의 특수 배치

병렬 케이블을 특수하게 배치하면 위에서 언급한 문제점들을 해결하고 부하 전류를 균등하게 분배할 수 있습니다. 일반적으로 다음과 같은 방법들이 사용됩니다.

1. 트위스트 배치 (Twisted Pair)

  • 원리: 두 개의 도체를 꼬아서 배치하면 상호 인덕턴스가 증가하여 유도 전압이 상쇄되어 전류 분배가 균일해집니다.
  • 장점: 간단하고 효과적인 방법이며, 고주파 노이즈에 대한 내성이 우수합니다.
  • 단점: 많은 수의 도체를 트위스트하기 어렵고, 케이블의 유연성이 감소할 수 있습니다.

2. 평행 배치 (Parallel Arrangement)

  • 원리: 모든 도체를 평행하게 배치하고, 각 도체 사이의 간격을 일정하게 유지합니다.
  • 장점: 제작이 간단하고, 큰 전류를 흘릴 수 있습니다.
  • 단점: 외부 자기장의 영향을 받기 쉽고, 도체 사이의 커패시턴스가 증가하여 고주파 노이즈에 취약할 수 있습니다.

3. 코플래너 배치 (Coplanar Arrangement)

  • 원리: 모든 도체를 같은 평면에 배치하고, 일정한 간격을 유지합니다.
  • 장점: 트위스트 배치와 평행 배치의 장점을 모두 가지고 있으며, 제작이 용이합니다.
  • 단점: 외부 자기장의 영향을 받기 쉽습니다.

4. 번들링 (Bundling)

  • 원리: 여러 개의 도체를 묶어서 하나의 번들로 만들고, 번들 간의 간격을 일정하게 유지합니다.
  • 장점: 외부 자기장의 영향을 줄이고, 케이블의 유연성을 향상시킬 수 있습니다.
  • 단점: 제작이 복잡하고, 공간을 많이 차지합니다.

접지방법의 결정

(목적에따른)
중성점 접지방법
유효접지와 비유효접지
유효접지의 조건과 만족범위
IEC 60364-3 배전계통의 접지
PEN, PEM, PEL

(형태에따른)
단독접지와 공용접지
구조체 접지설계 시 검토사항
통합 공통접지방식
등전위 본딩
접지선 접지봉
서지 침입시 접지극의 과도현상과 대책

목차(배전계통의 접지방식)

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