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)
접지방식IEC 60364-3
1️⃣문자의 의미
1)첫 번째 문자
- 전력계통과 대지의 관계 → 계통측접지
- T(Terra): 대지와 직접 연결
- I(Insert): 대지와 연결하지 않거나 고저항을 통해서 접지
2)두 번째 문자
- 설비에 노출된 도전성 부분과 대지의 관계 → 기기측 접지
- T(Terra): 노출된 도전성 부분을 직접 대지와 연결
- N(Neutral): 노출된 도전성 부분을 중성점에 연결
3)그 다음문자(문자가 있을 경우)
- 중성선과 보호도체의 배치 → 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.KEC200(저압)
- 중성선 다중접지 방식과 비슷하며 영국에서는 PME(ProctiveMultipleEarthing),호주에서는 MEN(MultipleEarthedNeutral)이라고도 불림
- TN-S :
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 종류 | 접지저항 | 접지선 굵기 [㎟] |
|---|---|---|
| 고압 기기접지(구1종) | 10[Ω]이하 | 6 이상 |
| 계통접지(구2종) | 150/Ig (300/Ig, 600/Ig) | 16이상 (6이상) |
| 저압 기기접지(구3종) | 100[Ω]이하 | 2.5이상 |
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)
IEC 60364-3
●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
| 전압 종류 | 최대 차단 시간 (초) | 비고 |
|---|---|---|
| AC 50V 이하 | 0.4 | 일반적인 가정용 전원 |
| AC 50V 초과 ~ 120V | 0.2 | 산업 현장 등 |
| AC 120V 초과 ~ 250V | 0.2 | 고압 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 계통 | 고장 전압 | 스트레스 전압 |
|---|---|---|
| TN-S | 낮음 | 낮음 |
| TN-C | 보통 | 보통 |
| TN-C-S | 보통 | 보통 |
| TT | 높음 | 높음 |
| IT | 매우 높음 | 매우 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 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 병렬로 접속할 때 고려사항에 병렬도체 사이에 부하전류가 최대한 균등하게 배분할 수 있는 병렬케이블(L1, L2, L3, N)의 특수배치에 대하여 그림을 그리고 설명하시오
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)
IEC 60364-3
🌐V0928C24
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