1. 접지 릴 (Earth Reel)
석유 화학 공장에서 탱크로리 같은 이동식 탱크를 접지하기 위해서 사용하는 장치입니다. 많은 소규모 공장에서 폭발 사고가 많이 발생하는 주요인 중의 하나가 이런 탱크로리를 작업 전에 접지하지 않아서 발생합니다. 이번 포스팅에서 이 접지 릴에 대해서 알아보겠습니다.
일반적인 접지 릴은 아래와 같이 생겼습니다. 특정 업체의 릴이 나쁘다는 의미가 아닙니다.
그런데 실제 대규모 석유화학 공장에서 탱크로리가 출입하게 되면 접지릴을 설치하는데 좀 다른 것을 설치합니다.
접지 모니터링 설비가 있는 접지릴입니다.
아래 그림과 같이 방폭 모니터가 함께 설치됩니다. 기능은 다음과 같습니다.
- 접지 저항이 정상이면 LAMP가 ON 됩니다. 접지 연결이 끊어지면 OFF 됩니다.
- 접지가 정상이면 Contact 이 ON 되는데 이 접점을 이용해서 Valve 등에 인터록을 걸어서 접지가 되지 않으면 Valve를 끌 수 있도록 할 수 있습니다.
아무리 좋은 절차를 만들어도 사람이 지키지 않으면 소용이 없게 됩니다. 그러나 최대한 사고를 방지할 수 있는 설비를 갖추는 것도 매우 중요합니다. 좀 비싸도 안전 설비를 갖추는 것이 사업을 잘할 수 있게 만드는 바탕인 것 같습니다. 국내의 소규모 공장에도 접지릴에는 이런 방폭 모니터가 연결되는 것을 사용했으면 합니다. 국내 업체도 수요가 있으면 개발해서 좀 더 낮은 가격에 공급이 가능할 것으로 생각됩니다. 필요하면 안전공단의 PSM 심사 시에 이런 모니터링 설비를 요구했으면 합니다.
국내 제품을 찾아보았습니다. 아래의 제품을 확인했는데 다른 회사의 제품도 있을 수 있습니다
KUMWELL 사의 카탈로그에서 발췌
설치 그림이 이해를 쉽게 합니다. 아래 그림도 KUMWELL 카탈로그에서 발췌했습니다.
안전한 석유화학 플랜트를 만드는 데 함께 노력했으면 좋겠습니다.
2. 탄소 접지봉 (Special Earthrod)
현재 공사 중인 인천의 한 수소 공장에서 변전소가 암반에 위치하여 터 파기도 힘들고 대지 저항도 높게 나와서 탄소 접지봉을 시설하였습니다. 제가 설계에 참여하기 전에 이미 그렇게 설계가 되었고 실제로 시공도 설계대로 진행이 되었습니다.
그리고 최근에 하는 소규모 공장의 접지 설계를 건축 파트에서 했는데 STS탄소 접지봉을 사용하는 것으로 설계를 했습니다. 이 접지봉도 재질의 차이만 있을 뿐 탄소 접지봉과 유사한 형식이었습니다.
저는 실제로 현장에서 이런 특수 접지봉을 사용한 경험이 없습니다. 대체로 해외 프로젝트만 했었고 공장에서는 잘 사용하지 않는 것으로 알고 있습니다.
그래서 다음과 같은 의문이 들었습니다.
1. 실제로 이런 특수 접지봉이 접지 저항을 낮추는 효과가 있는 것인가?
2. 특수 접지봉이 접지 저항을 낮춘다고 하는 객관적인 데이터가 있는가?
3. 이런 접지봉을 사용해서 계산을 하는 공식이 국제적이나 국내에서라도 인정된 것이 있는가?
이런 의문을 가지고 자료를 검색했는데 일부 자료가 있기는 했습니다.
첨부로 2012년에 국내의 조명 전기설비학회 논문으로 두 페이지짜리가 나온 것이 있었습니다. 그 외 모 회사의 자료에 첨부로 한전의 실험 데이터 등이 있었는데 실제로 확인은 못했습니다.
먼저 위에 언급한 논문을 검토해 보겠습니다.
아래 그림과 같은 실험 접지 계를 만들어서 실험을 했습니다.
낙뢰에 준하는 전기를 1번 접지봉 쪽에 인가하였을 때에 나타나는 임피던스 특성입니다.
위 그림에서 보여주는 것은 탄소 접지봉을 병설하였을 때는 MESH 접지극만 있을 때와 비교해서 접지저항이 5-6 OHM 정도 낮아졌다는 것과 200KHZ 주파수 근처에서는 접지 임피던스가 급격히 높아지는데 탄소 접지봉이 있을 때는 높아지는 값이 현저히 낮은 것을 볼 수 있습니다.
여기서 접지 저항이 낮아지는 것은 탄소 접지봉이 아닌 일반 동 접지봉을 시설하여도 비슷하게 낮아지므로 특별한 효과가 있다고 볼 수 없으며 200KHZ에서의 임피던스가 상승하는 정도가 낮은 것은 탄소 접지봉의 효과가 더 있다고 볼 수 있습니다. 실제로 정확한 실험을 하려 했다면 탄소 접지봉 위치에 일반 접지봉을 설치한 경우를 더해서 실험했어야 한다고 봅니다. 그래서 정확한 검증은 되지 않은 것으로 봅니다.
아래 그림은 전원 인가 위치가 아닌 근처의 5번 지점에서의 접지 임피던스 곡선입니다.
접지봉이 설치되지 않았을 때와 큰 차이가 없습니다.
위에서 검토한 논문에 대한 저의 생각을 말씀드리면 이 탄소 접지봉이 낙뢰의 전기를 땅으로 잘 흘려보내는 데는 효용가치가 있는 것으로 생각합니다. 다른 자료를 보니까 탄소 접지봉에는 내부나 외부에 아크를 잘 일으키기 위해서 각을 지게 하거나 침을 부착한 것을 볼 수 있습니다.
높은 주파수의 낙뢰가 인가되면 아크를 잘 발생시키는 구조로 만들어 전류를 대지로 잘 흘러 보내기 때문에 인덕턴스 임피던스를 낮추는 효과가 있다고 설명을 하였습니다.
그럼 이러한 탄소 접지봉이나 그라파이트, 스테인리스 접지봉 등의 효과는 어디서 오는 것일까요?
제 생각에는 접지봉 내부에 넣은 탄소 등이 저항 저감제의 역할을 하고 또 실제로 이런 탄소 접지봉 설치할 때 저감제를 많이 사용하기 때문에 접지 저항이 낮게 나온다고 봅니다. 일반 동 접지봉도 주변에 접지 저항 저감제를 많이 넣고 물도 많이 붓고 하면 저항이 낮게 나옵니다.
각 업체의 특허나 시험 성적서를 자세히 보면 왜 접지 저항이 낮아지는지 그 이유를 보여주는 자료는 없어 보입니다. 이런 실제 접지 저항과 관계없는 자료에 현혹되면 안 됩니다.
제가 이 포스팅을 쓰는 목적이 이런 탄소 접지봉이나 특수 접지봉이 효과가 없으니 쓰지 말자는 취지는 전혀 아닙니다. 공장은 그래도 땅이 넓으니까 동 접지봉을 다수 시설할 수 있고 MESH도 넓게 깔아서 저항을 낮추는 것이 어렵지 않습니다. 그리고 국제 규격에 맞는 계산서를 제출해야 하기 때문에 특수한 접지봉을 사용해서 근거 없이 저항을 낮추는 계산이 허용되지 않습니다.
그러나 건물이나 암반지역이나 특수한 경우에는 이러한 특수 접지봉을 사용함으로 접지 개소를 줄이고 접지 저항을 낮추려는 노력이 필요하다고 생각합니다. 실제 접지 저항 계산서를 작성 시에는 접지 저항값을 낮추려면 직경이 큰 접지봉을 사용하고 접지 저감재를 충분히 시설하여 접지 저항이 낮아진 것으로 설명해야 한다고 봅니다.
아래에 위에 검토했던 연구논문을 첨부했습니다. 논문의 결론은 탄소 접지봉이 효과가 있다는 것에 촛점이 맞추어져 있습니다. 국내에서도 많은 곳에서 이런 접지봉이 사용되고 또 관련 업체에서 계산서를 작성 제출하여 안전공사의 승인을 받아 처리되고 있으므로 국내의 사용에 대해서는 고려할 필요가 있어 보입니다.
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