안전한 전기사용을 위한 ‘접지’

감전을 예방하는 접지의 원리

우리가 생활하는 데 있어 ‘전기’는 없어서는 안 될 에너지다. 가정이나 학교 등 사회 전역에서 이루어지는 생산활동에 전기가 쓰이기 때문이다.
 
그러나 일상적으로 쓰이는 전기로 인한 사고도 적지 않게 발생한다. 그러한 재해를 예방하기 위해 접지에 대해 알아본다.


전기기기의 접지

전기세탁기를 사용할 때 접지를 하고, 용접기로 용접할 때 어스선을 사용하고, 전동기의 외함을 접지시킨다. 왜 그럴까?

전기는 가정이나 학교, 사회에서 일어나는 생산활동에 꼭 필요한 에너지다. 그러나 이를 잘못 사용하면 감전이나 화재와 같은 재해가 발생할 수 있으므로 각별한 주의가 필요하다.
 
전기기기(전기설비, 전기기계·기구 등 전기를 사용하는 모든 설비)를 사용할 때는 재해가 발생하지 않도록 하기 위해 사람이나 기기에 위험하거나 불필요한 전기를 대지로 흘려주기 위한 통로인 ‘접지’를 해야 한다.


전기의 흐름과 감전

 □ 누전

전기는 전선을 따라 변압기에서 흘러나와 주어진 일(동력, 열, 빛 등)을 하고 다시 변압기로 흘러간다.
 
이때 전기기기의 절연이 불량하거나 절연피복이 벗겨지게 되면 전기는 전기통로인 전선을 통하지 않고 전기기기의 외함이나 지면을 통해 다시 변압기로 흘러 들어가는데, 이러한 현상을 ‘누전’이라 한다.

우리는 흔히 누전으로 사망했다거나 화재가 발생했다는 뉴스를 접하곤 하는데, 여기에서 누전은 수도관에서 물이 새는 누수현상과 같은 것으로 전기가 통로가 아닌 다른 곳으로 흐르는 것을 말한다.
 
이 누전에는 누설전류(leakage current)와 지락전류(ground fault current)가 있다.
 
누설전류는 대지 정전용량이나 코로나 방전 등에 의하여 흐르는 아주 작은 전류를 말하며, 지락전류는 접지된 도체와 전기가 접촉하거나 절연파괴 등의 사고에 의해 전선이나 전기기기에서 대지로 흐르는 상대적으로 큰 전류를 말한다.

 □ 감전

전기기기에서 누전이 발생하면 전압이 기기 외함에 걸려 있다가 사람이 기기를 만졌을 때 전류가 몸을 통해 땅으로 흐르면서 감전사고가 발생하게 된다. 이 전류가 크면 부상 또는 사망과 같은 재해로 이어진다.

대부분의 감전재해는 전류가 전기기기에서 사람의 몸을 통해 지면으로 흘러 발생한다.


접지의 원리와 필요성

접지는 기기 외함 등을 도체로 대지와 접속하여 등전위, 즉 전위차(전압)를 없애서 감전재해가 발생하지 않도록 해준다.

전기가 흐르는 두 선 중 어느 한 선이 절연 불량으로 제품의 몸체에 직접 연결된 상태가 되면 제품을 통해 전류가 흐르게 된다.
 
이때 접지를 하면 제품의 몸체를 통해서 접지극으로 전류가 흘러 대지로 방전시킨다. 하지만 접지극과 연결되지 않았을 때는 사람이 접촉하는 순간 사람에게 전기가 흘러 감전으로 이어진다.

이렇게 접지는 전기를 안전하게 사용할 수 있도록 하는 안전장치 역할을 한다. 누전차단기를 설치하면 접지극으로 흐른 전류를 누전으로 인식하여 차단기가 작동하게 된다.

습한 곳에서 사용하거나 이동하여 사용하는 전기기기, 즉 세탁기, 탈수기, 전기드릴, 그라인더 등은 그 외함을 확실하게 접지시키는 것 외에 누전차단기를 추가로 접속하여 감전재해를 예방하여야 한다.


 접지의 목적

• 여러 종류의 전기·전자·통신설비 기기를 대지와 전기적으로 접속하도록 하여, 전기가 대지로 흐르는 지락사고 발생 시 전위 상승으로 인한 장해를 없앤다.

• 접지는 위험전압으로 상승된 전위를 낮춰 인체 감전위험을 줄이고, 차단기 등 각종 보호장치의 동작을 확실히 할 수 있도록 한다.

• 접지는 계통접지, 기기접지, 피뢰용 접지 등 안전을 위한 보호용 접지와 노이즈 방지접지, 전위기준용 접지 등 기능용 접지로 나뉜다. 보호용 접지는 대전류, 저주파 영역이고 기능용 접지는 소전류, 고주파 영역의 특성을 갖는다.

• 이들 목적이 다른 접지가 각각의 역할을 충분히 발휘하고 서로 양호한 보완관계를 유지하는 것이 접지기술이다.


 Tip   누전차단기란?

누전이 일어날 때 그 이상을 감지하여 전원을 자동적으로 차단하는 장치로 감전 예방은 물론 화재도 예방할 수 있다.
 
이동용 전기기계·기구를 많이 사용하는 작업장에서는 필수적인 설비이며 주로 감도전류 30㎃와 차단시간 0.03초 내에 동작하는 규격이 적합하다.
 
누전차단기는 기온이 높거나 습도가 높으면 고장이 발생하여 동작이 안 되는 경우가 있으므로 일주일에 1회 정도 누전차단기의 전면에 부착된 테스트 버튼을 눌러서 정상 작동되는지 점검해야 한다.

또한 누전 차단기와 비슷한 형상을 가진 배선용 차단기와 혼돈하면 안 된다.
 
최근에는 주로 과부하 및 단락(short : 합선사고)사고 시 전로를 보호하는 배선용 차단기(MCCB : Molded Case Circuit Breaker) 기능이 내장된 겸용 누전차단기가 많이 사용되고 있다.

 

 

2. 종류에 따른 접지 방식

접지는 크게 계통접지와 보호접지로 나눌 수 있다. 보호접지는 ‘외함접지’ 라고도 하며, 이는 누전 시 감전의 위험을 저감하기 위해 필요하다.
 
목적과 방법에 따른 접지 종류와 안전한 접지 방법을 살펴본다.


계통접지와 보호접지

접지는 크게 계통접지와 보호접지로 구분된다. 보호접지는 일명 외함접지라 부른다. 계통접지는 전력계통의 한 전선로를 의도적으로 접지하는 것이다.
 
계통접지는 몇 가지 방법으로 구분되며, 방법별로 그 목적이 다르다. 그러므로 전기설계 담당자가 전력계통을 접지할 것이냐, 아니냐는 계통의 운영 목적에 따라 결정해야 한다.

보호접지는 평상시 전류가 흐르지 않는 전기설비 또는 전기기계·기구의 금속제 외함을 접지하는 것이다.
 
보호접지는 전력계통의 접지방법에 관계없이 인체를 보호하기 위한 것으로 전선관, 설비의 외함, 전등갓 등의 모든 금속제를 접지 및 본딩하여야 한다.

(1) 계통접지

(가) 낙뢰 또는 기타 서지(Surge)에 의하여 전선로에 발생될 수 있는 과전압을 억제한다.

(나) 정상운전 시 발생되는 전력계통의 최대 대지전압을 억제한다.

(다) 지락사고 발생 시 사고전류를 원활히 흐르게 하여 과전류 보호장치를 신속 정확하게 동작시킴으로써 전기설비의 손상을 예방한다

(2) 보호접지

(가) 인체에 가해지는 전기충격을 감소시켜 감전 사고를 예방한다.

(나) 지락사고 시 사고전류를 원활히 흐르게 하여 사고전류에 의한 과열, 아크를 억제함으로써 화재·폭발을 방지한다.

(다) 지락사고 시 사고전류의 궤환 임피던스를 적게 하여 과전류 보호장치를 신속히 동작시킨다.


감전을 예방하는 보호접지

전기설비에 누전이 발생하면 외함의 전위가 위험전압으로 상승되어 감전의 위험이 있으며,이를 저감하기 위해 보호접지가 필요하다.

보호접지는 사람과 전기설비 기기의 안전을 확보하기 위한 접지로 지락사고의 전류나 뇌격전류가 접지극을 통해 대지로 흐르게 한다.

[그림]과 같이 지락사고가 발생하면 지락사고 전류가 기기접지에 의해 대지로 흘러 접지극의 전위를 상승시킨다. 이때 사람이 기기에 접촉하면, 인체에 접촉전압이 인가되고, 감전 전류가 흐르게 된다.
 
감전은 전류에 대한 인체의 저항, 전류의 크기, 인체에 흐르는 시간 등과 관계가 있다. 감전되더라도 심장마비 등 감전재해를 일으키지 않도록 전압이나 전류를 억제하기 위해 접지를 한다.

전기를 사용하는 모든 전기기계·기구의 외함, 외피 또는 지지철대 등 금속체는 누전이 발생할 경우 대지전압이 상승되어 인체 접촉 시 감전재해 위험이 있으므로 당해 금속체에 접지해야 한다.

접지저항은 사용전압에 따라 아래 표의 값 이하로 한다.(전기설비기술기준의 판단기준 표18-1, 표33-1)

비접지방식의 전로, 이중 절연구조의 기기를 사용할 때 또는 절연대 위에서 사용할 경우에는 접지를 생략할 수 있다. 절연대라 함은 사용하는 전동기계·기구의 대지전압에 대한 절연성능을 가진 작업대를 말한다.
 
저압의 전동기계·기구의 경우에는 고무 절연판, 나무 바닥 등으로 충분히 건조된 것에 한하고, 콘크리트 바닥은 포함되지 않는다.
 
‘절연대 위에서 사용’하는 것은 작업자가 항시 절연대 위에서 사용한다는 뜻이고, 작업자가 고무장화를 착용하는 것은 포함되지 않는다.
 
비충전 금속체 중 충전될 우려가 있는 비충전 금속체는 전기설비 기술기준이나 판단기준에서 접지를 하도록 규정되어 있지 않더라도 앞서 말한 바와 동일한 위험이 잠재하는 경우이므로 접지를 해야 한다.


 절연이란?

전기를 적절히 이용하기 위해서는 전기회로 이외의 부분으로 전기가 누설되지 않도록 하는 것이 중요하고, 전기배선이나 전기기기에서는 전선 상호 간, 전선과 대지 간, 권선과 철대 또는 권선 상호 간에 절연물로 격리할 필요가 있다.
 
이것을 전기절연(Electrical Insulation)이라 한다. 전기절연은 누전에 의한 화재나 감전 등 전기재해나 사고를 막기 위해 극히 중요한 역할을 담당한다.

■ 기초절연 : 기기의 본래의 기능에 필요한 절연, 감전에 대해서 기본적인 의무가 있다.

■ 보호절연 : 기기의 절연파괴에 의한 감전에 대해 보호를 확실하게 하도록 기능절연에 추가하여 설치한 독립된 절연을 말한다.

■ 이중 절연구조 : 전동기계기구의 충전부와 껍데기와의 사이에 기능절연(기기 본래의 기능에 필요한 절연이며, 감전에 대해서 기본적인 보호물이 되는 절연)과 보호절연(기능절연이 파괴되었을 때에 확실하게 감전을 방지할 수 있도록 기능절연에 부가해서 설치된 독립된 절연)의 2종류의 절연을 실시해서 기기로부터의 누전이 거의 일어나지 않도록 한 전동기계기구를 말한다. (출처: 산업안전대사전)

접지를 할 때에는 접지선과 전로에 접속할 전선의 구별을 명확하게 하는 등의 기본적인 안전수칙을 지켜야 한다.

또 접지공사에서 생기는 접지저항과 대지저항률을 낮추는 방법을 모색하는 것이 바람직하다.


전기기구 사용시 접지극 확인

전로와 접지선의 혼용을 방지하기 위해서는 색이나 형상 등을 다르게 하는 것이 좋다. 별도의 표시를 하는 것 등의 방법 보다 접지선과 전로에 접속할 전선의 구별 및 접지 단자와 전로에 접속할 단자의 구별을 명확하게 하는 것이 필요하다.
 
꽂음접속기(플러그, 콘센트)는 반드시 접지극(단자)이 부착된 것을 사용하고 전선은 반드시 접지선이 포함된 것을 선택하도록 한다.

2. 전선은 반드시 접지선이 포함된 것을 사용

- 단상 : 3가닥(전원2, 접지1)
- 삼상 : 4가닥(전원3, 접지1)

* 1가닥(선)은 접지용이므로 접지극(단자)에 접속

낮을수록 좋은 접지저항

접지저항이란 접지공사에 있어서 대지와의 전기적 접속이 잘 되어 있는지의 정도를 말하는데, 이 접지저항은 낮을수록 바람직하다. 접지저항은 구체적으로 다음 3가지 구성요소로 이루어져 있다.

(가) 접지선의 저항 및 접지극 자신의 저항
(나) 접지표면과 접하는 대지와의 접촉저항
(다) 전극 주위의 대지가 접지전류에 대해서 나타내는 저항

이러한 3가지 구성요소 중 세 번째가 가장 중요하다. 접지저항의 주요부분은 전극을 둘러싸고 있는 대지가 표시하는 저항이기 때문이다.
 
대지저항률은 상당히 크지만 접촉하고 있는 면적이 대단히 크기 때문에 저항이 작게 분산되어 무시할 수 있을 정도로 작아지게 된다. 접지저항은 낮을수록 좋지만 대지저항률을 낮추는 것은 대단히 어렵기 때문에 다른 방법을 고려할 수 있다.
 
①접지 전극의 크기를 크게 하거나 ②접지 전극의 개수를 늘리고 상호 직·병렬로 접속시킨다. ③접지 전극을 가급적 깊게 매설하고 ④대지저항률이 낮은 지층에 매설하는 방법으로 저항을 낮출 수 있다.

다음의 경우에는 접지저항을 측정하고 기록을 유지한다.

① 전기설비의 준공 후 사용하기 전
② 점검 주기에 따른 정기적인 측정
③ 기기의 이동이나 증설, 개·보수의 확인 등 필요시
④ 기기 사용 중에 전격 등과 같은 이상요인이 감지된 경우

정기 접지저항 측정은 1년에 1회 이상 실시해, 접지저항의 변화추이 및 규정치 내의 적합 여부를 판정하고 필요한 경우에는 보수한다.


 접지저항 측정법

3Point 측정법

가장 많이 사용되는 접지저항 측정 방법으로 측정하고자 하는 접지극 이외에 보조전극 2개를 사용한다.

[그림]에서와 같이 피측정 접지전극 rod 1과 보조전극 c 사이에 전압 E를 인가하고 Rod 1과 보조전극 P 사이에 전류 I를 흐르게 하면, R = E/I 이므로 저항값을 얻을 수 있다.

클램프 온(Clamp-ON) 측정법

이 방법은 폐회로 상의 저항을 측정하는 방법으로, 다양한 접지계통이 병렬로 연결된 폐회로 내의 직렬 접지저항을 측정하는 방법이다. 보조 접지극을 사용하지 않고 클램프 온(Clamp-ON) 측정기로 접지 저항값을 직접 읽는다.
 
그러나 이 측정방법은 단독으로 단순히 접지된 경우에는 측정될 수 없고, 클램프로 집을 수 있는 형태의 접지선에만 측정이 가능하다.