저압 접지 시스템의 기초 이해

저압 접지 시스템에 대한 기초의 이해는 중요합니다. 3가지의 주요 시스템에 대해서 설명하고 실제 현장에서 발견되는 문제에 대하여 다루어 보도록 하겠습니다. IT시스템, TT시스템, TN시스템 3가지와 여기서 변형된 시스템도 알아보겠습니다. 외국 자료와 국내 자료를 함께 비교해 보는 것으로 실제 설계에 적용하는데 도움이 될 것으로 생각됩니다. 

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아래의 내용은 먼저 슈나이더사의 자료인 Industrial network design guide 중의 "Earthing Systems"에서 번역한 자료를 보여주고 그 중에 KS C IEC 60364-1의 그림을 참조로 올렸습니다. 그 후에는 KEC의 자료를 설명하고 있습니다. 일부 내용에 대하여 추가적인 설명은 다른 색으로 표시하였습니다. 참조 바랍니다.

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1. 저전압에서 사용되는 접지 시스템 ​

저전압의 경우, 접지 시스템은 국제 IEC 표준 60364-1 에 의해 관리됩니다. 두 개의 문자를 이용하여 세 가지의 접지 시스템이 사용됩니다.

KS C IEC 60364-1 표준에서 발췌

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첫 문자는 대지와의 관계에서 중성점의 상태를 정의합니다.

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T : 중성점 직접 접지.

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I : 비접지 또는 고임피던스 중성점 접지.

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두 번째 문자는 전기 설비의 노출 도전부의 연결 방법을 정의합니다:

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T : 노출된 도전부는 중성점의 접지 여부와 관계없이 상호 연결되어 직접 접지됨

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N: 노출된 도전부는 중성선 도체와 직접 연결됩니다.

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여기에 더해서 아래의 중성선, 중성도체, 보호도체에 대한 심볼을 체크하고 가야 하겠습니다.

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1.1 비접지 또는 임피던스 중성점 접지 (IT 시스템, 그림 2-13)

중성점은 비접지 되거나 높은 임피던스(첫 번째 문자 I)를 통해 접지되며, 1000 ~ 2000Ω 사이의 임피던스가 자주 사용됩니다. 노출된 부하의 도전부는 모두 또는 그룹으로 상호 연결되어 있으며, 각각의 상호 연결된 그룹은 접지극(두 번째 문자 T)과 연결되어 있습니다. 노출된 도전부는 하나 또는 여러 개의 개별적인 접지가 가능합니다.

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가능한 한 동일한 설비의 모든 노출 도전부를 상호 연결하여 동일한 접지 전극에 연결하는 것이 바람직하지만, 서로 멀리 떨어져 있거나 다른 건물에 위치한 노출 도전부는 그렇지 않을 가능성이 있습니다. 이 경우 동일한 전극에 연결된 각 노출 도전부 그룹과 각각의 개별 접지된 노출 도전부는 잔류 전류 보호 장치에 의해 보호되어야 합니다.

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중성점 접지 전극과 노출된 도전부의 전극은 상호 연결될 수도 있고, 연결되지 않을 수도 있으며, 혹은 동일하지 않을 수도 있습니다.

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MV/LV 변압기의 중성점과 대지 사이에 과전압 제한기를 설치하는 것은 의무이며, 중성점에 접근할 수 없는 경우 과전압 제한기를 한 상과 접지 사이에 설치합니다. 이것은 변압기 고전압과 저전압 권선 사이의 플래시 오버로 인한 전압 상승으로부터 저전압 네트워크를 보호합니다(제5.3.2절 참조).

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아래의 그림에서 슈나이더 자료와 KS C IEC 60364-1의 그림을 비교해보고 이해를 하는 것이 중요합니다. 같으면서도 조금 다른 아래 그림을 잘 이해합시다.

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KS C IEC 60364-1의 그림

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1.2 중성점 직접 접지(TT earthing system, 그림 2-14) - 중성점을 직접 접지(첫 번째 문자 T)합니다.

노출된 부하의 도전부는 모두 또는 그룹으로, 또는 개별적으로 상호 연결되고 접지됩니다(두번째 글자 T). 잔류 전류 장치에 의해 보호가 보장됩니다. 동일한 보호 장치에 의해 보호되는 모든 노출된 도전부는 동일한 접지 전극에 연결되어야 합니다.

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중성점 접지 전극과 노출된 도전부의 전극은 상호 연결될 수도 있고, 연결되지 않을 수도 있으며, 혹은 동일하지 않을 수도 있습니다. 중성 접지 전극은 분배될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다.

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TT시스템에 대한 아래의 그림을 참조하시기 바랍니다. 아래 두개의 그림은 KS C IEC 60364-1에서 발췌한 TT 시스템의 그림입니다. 중성선 도체가 있는 경우와 없는 경우 두 가지를 보여줍니다.

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KS C IEC 60364-1의 그림

KS C IEC 60364-1의 그림

 

1.3 중성점 접지(T접지 시스템)

중성점은 직접 접지됩니다(첫 번째 문자 T)

부하의 노출된 도전부는 중성선 도체(두 번째 문자 N)에 연결됩니다.

중성선 도체(N)와 보호 도체(PE)가 동일한 도체인지 다른 도체인지에 따라 두 가지 가능한 시스템이 있습니다.

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• 첫번째 케이스

중성선 도체와 보호 도체는 PEN이라고 불리는 하나의 도체로 되어 있습니다. 이 시스템은 세 번째 문자 C로 식별되며 TNC 시스템이라고 불립니다(그림 2-15 참조):

- PEN을 일정 간격으로 접지에 연결하는 것이 좋습니다

- 이 시스템은 구리의 경우 10 mm² 미만의 단면적 또는 알루미늄의 경우 16 mm² 미만의 단면적을 사용하면 안 됩니다. 또한 이동식 장치에 사용해서는 안 됩니다. 또한 TNS 시스템의 하부에서는 금지됩니다.

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KS C IEC 60364-1의 그림

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• 두번째 케이스

중성선 도체와 보호 전도체는 별개입니다. 그런 다음 세 번째 문자 S로 시스템을 식별하여 TNS 시스템이라고 합니다(그림 2-16 참조).

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KS C 60364-1에서 발췌한 TN-S 시스템의 그림입니다. 첫번째는 Y 결선 변압기에서 적용된 시스템입니다. 두 번째 그림은 델타 결선 변압기에서 적용된 시스템입니다.

KS C IEC 60364-1의 그림

KS C IEC 60364-1의 그림

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TNC 접지 시스템의 경우와 같이 보호 도체를 일정 간격으로 접지에 연결하는 것이 좋습니다.

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구리 10 mm² 미만의 단면적이나 알루미늄 16mm² 미만의 접지 시스템에서는 반드시 TNS를 사용해야 합니다. 또한 이동식 기기의 접지에 도 TNS를 사용해야 합니다. 그리고 TNC 시스템의 상부에 TNS가 사용되면 안 됩니다.

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참고: TNC 및 TNS 접지 시스템은 동일한 설치 장소에서 함께 사용할 수 있습니다. 이 시스템을 TN-C-S 접지 시스템이라고 합니다. 그러나 TNC 접지 시스템(4개의 전선)은 절대 TNS 접지 시스템(5개의 전선)의 하부에 있어서는 안 됩니다(그림 2-17 참조). 앞에서 지정한 바와 같이, 중성선 접지는 Phase earth fault 동안 노출된 도전부와 계통외 도전부의 전위 상승을 방지하기 위해 등전위 본딩 시스템을 구성해야 합니다. 따라서 PEN 도체를 시스템 전체에 걸쳐 펼쳐져 있는 수많은 접지 전극에 연결해야 합니다.

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(위 그림은 시스템의 전반부에 TNC가 있고 후반부에 TNS가 있는 구성은 문제없으나 TNS 이후에 다시 TNC를 설치하는 것은 허용되지 않음을 보여주고 있습니다.)

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전형적인 TN-S-C 시스템이 아래와 같습니다. KS C IEC 60364-1에서 발췌한 그림입니다.

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2. KEC에서 보여주는 저압 접지 계통

KEC의 설명도 위의 슈나이더 자료와 동일합니다. IEC 기준을 설명하는 것이기 때문에 다르지 않습니다. KEC를 아래에 보여주는 것은 국내의 기준도 이제는 동일하다는 것을 보여주려는 의도입니다.

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3. 설계 시의 실제적인 문제

플랜트에서 접지 시스템을 설계해 보면 발주처의 대부분에서 요구하는 것이 플랜트 전체에 깔리는 메쉬 접지극입니다. 플랜트 전체에 메쉬 전극을 깔고 그 접지극에서 모든 기기의 노출도전부 (전동기 외함등)을 연결하도록 요구합니다. 그래서 고민이 있습니다. 접지 설계의 사양서에서 TNS 시스템을 요구했을 경우 각 배전반에서 전동기까지 전원선과 접지선 (PE)을 함께 끌고 와야 하냐는 의문입니다.

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배전반이나 MCC 등의 메인 접지부스는 메쉬 접지극에 연결되어 있습니다. 그런데 이 접지부스에서 PE선을 끌고와서 전동기 외함에 연결해야 하는가에 대한 의문입니다. 이것을 설치하면 전동기는 외함 접지로 접지 메쉬에 이미 연결되어 있고 이 메쉬 전극은 변압기의 중성점과도 연결되어 있습니다. 그런데 PE선을 추가로 깔면 이중으로 접지선이 연결되는 것입니다.

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현장에서 실제 설계를 하시는 분이나 시공을 하시는 분 중에서 이러한 경험을 가지고 계신분은 댓글에 의견을 달아주시면 서로 도움이 될 것 같습니다. 메쉬 접지가 있기 때문에 PE선을 제외시킨 경우가 있으면 공유해 주시고 PE선이 지락 보호 계전기 때문에 꼭 있어야 한다거나 PE와 메쉬로 인해서 지락 전류가 분산되어 문제가 된 경우 등등 공유 바랍니다.