접지에 대하여

안녕하세요? 오늘은 접지에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 접지는 우리 생활에서 아주 많은 사례가 있음에도 잘 모르시는 분들이 많습니다. 오늘은 우리 생활에서 쉽게 접할 수 있는 접지에서부터 전기실무자가 알아야 하는 접지에 이르기까지 폭넓게 알아보도록 하겠습니다. 

1. 왜 접지를 해야 하는가?

접지의 가장 큰 목적은 사람이 감전되는 것을 막아주는 역할을 하는 것입니다. 요즘은 대부분 콘센트에 접지가 같이 되어 있습니다. 그러나 오래된 옛날 집에 가보면 접지가 되어 있지 않은 콘센트를 볼 수 있습니다. 이것으로 볼 때 과거에는 지금보다 감전사고가 훨씬 잦았을 것으로 추정됩니다. 

원래 정상상태에서는 위의 왼쪽 그림과 같이 전기기구의 외함에 전기가 통하면 안 됩니다. 그러나 어떤 이유에서 전기가 전기기구의 외함에 닿는 경우가 발생합니다. 예를 들면 전선의 피복이 벗겨지거나 물기로 인해 이런 일이 발생할 수도 있습니다. 그러면 전기기구의 외함은 전기를 듬뿍 충전한 상태가 됩니다. 

이때 왼쪽의 그림처럼 접지가 되어 있지 않다면 사람이 접촉했을 때 전기는 사람을 통해 흘러 지면으로 가게 됩니다. 사람은 크게 다치게 되겠지요. 이때 사람은 인간 전선의 역할을 하게 됩니다. 전기가 흐를 곳이 사람밖에 없으니 전기는 사람을 통해 이동하는 것이지요. 

반대로 오른쪽 그림과 같이 전기기기가 접지되어 있다면 사람이 접촉하더라도 접지선~접지봉~땅의 저항이 인체의 저항보다 훨씬 적기 때문에 전기의 대부분은 접지선을 통해서 흐르게 됩니다. 인체의 전기는 5,000 ohm이고 위의 접지 저항은 100 ohm 입니다. 이 경우 대부분의 전기가 접지선을 통해 지나가기 때문에 사람이 그냥 따끔거리는 정도만 느낄 것입니다. 따라서 접지 자체가 안 되어 있는 구형 콘센트는 전기사고가 잦았음을 단번에 알 수 있습니다. 

2. 왜 전기는 땅으로 흐를까요?

물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르게 됩니다. 그리고 물은 최종 목적지인 바다로 흘러갑니다. 전기도 마찬가지입니다. 전기는 전위가 있는데 이것은 전기의 위치에너지입니다. 우리가 사용하는 전기는 전위가 높습니다. 그래서 우리가 사용하는 전기는 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘러가게 되는 것입니다. (이것도 깊이 들어가서 중성점이야기까지하면 복잡해지니 여기까지만 설명하겠습니다.)

또한 바다는 용량이 어마어마합니다. 그래서 어지간한 물이 바다로 들어간다고 수위가 올라가지 않습니다. 마찬가지로 지구의 전기용량은 어마어마하기 때문에 번개같이 엄청난 전기가 지구로 내리 꽃혀도 지구는 눈 하나 깜짝하지 않습니다. 

3. 콘센트의 접지

우리 생활 속에서 가장 흔하게 접할 수 있는 접지는 바로 콘센트의 접지입니다. 위의 사진과 같이 플러그를 접속할 때 플러그의 금속 부분과 콘센트의 금속 부분이 서로 접촉이 되게 되어 있습니다. 그렇다면 이것이 도대체 어떻게 연결이 되어 있을까요?

콘센트의 내부는 위의 사진과 같습니다. 먼저 붉은색 동그라미는 플러그가 접속되는 부분입니다. 그리고 녹색 사각 상자는 플러그의 접지가 접속된 부분이 금속으로 연결되어 있습니다. 즉 전원은 전원선에서 노란색 구리판을 통해 붉은색 동그라미 플러그 접속을 통해 전기기구에 전기를 연결해 줍니다. 그리고 접지선은 은색 철판에 연결되어 그것이 플러그의 접지 쪽까지 연결되어 있습니다. 왼쪽 아래는 전선의 단면입니다. 전원선 2개와 접지선 1개를 확인할 수 있습니다 .접지선은 녹색이고 나머지 2개는 전원선입니다. 그렇다면 이 접지선은 어디로 가는 것일까요?

접지선과 전원선은 위의 분전반에서 오게 됩니다. 가정에서는 일명 두꺼비집이라고 불리는 곳에서 오게 되지요. 그런데 아래쪽의 붉은색 상자에 보면 누전차단기에서 전원선 2가닥만 사용처로 가는 것을 볼 수 있습니다. 그렇다면 콘센트의 접지선은 어디서 온 것일까요? 

바로 왼쪽 위쪽의 녹색 상자에서 오게 됩니다. 수배전반에서 두꺼운 접지선이 와서 이곳 분전반에서 분개가 되어 이것이 콘센트로 가게 됩니다. 녹색 상자에서 위쪽에 있는 두꺼운 접지선은 수배전반에서 온 것입니다. 그리고 그 아래쪽의 더욱 얇은 녹색 접지선은 전원선과 함께 CD 관을 타고 콘센트로 가게 되는 것입니다. 그럼 수배전반에서 접지선은 어떻게 되어 있을까요? 수배전반이 아니고 전기실이라고 표현하는 게 정확하겠습니다. 

전기실에 가면 위와 같은 접지 단자함이 있습니다. 이곳의 문을 열어보면 오른쪽 사진과 같이 1종 접지, 2종 접지, 3종 접지가 있습니다. 이 중에 3종접지가 콘센트에 연결된 접지선입니다. 1종, 2종, 3종 접지에 대한 자세한 내용은 다시 다루도록 하겠습니다. 이 단자함을 지나는 3종 접지선은 바로 건물 기초 하부에 있는 접지 극에 연결되어 있습니다. 따라서 볼 수가 없지요. 접지공사는 건축물이 지어지기 전에 접지 극을 박아 놓습니다. 

이것을 정리해 놓으면 위와 같습니다. 결국, 전기기구를 콘센트에 연결하면 접지가 되어 접지봉까지 연결이 되는 것입니다. 따라서 전기기구의 외함에 전기가 누설되더라도 이것이 접지 봉을 통해 땅으로 흘러가게 됩니다. 

출처: https://www.nachi.org/

접지봉은 위와 같이 생겼고 지표면으로부터 70cm이상 매설해야 합니다. 

4. 접지 저항 측정방법

접지저항은 건물을 짓기 전에 접지 봉을 땅에 박고 측정하며, 건물이 완공된 후에도 전기안전관리자 직무고시로 의해 주기적으로 측정하고 그 값을 기록해야 합니다. 접지는 전기를 안전하게 사용하기 위해 매우 중요하여서 법적으로 접지저항의 수치가 정해져 있습니다. 

먼저 건물을 건설하기 전에도 접지 봉을 땅에 박고 측정하여 법적인 수치를 만족해야 합니다. 또한, 전기시설을 사용 중에도 접지를 주기적으로 측정하여 접지저항의 값이 올라가지는 않았는지 확인해야 합니다. 만약 접지저항의 수치가 법적인 수치보다 올라갔다면 이는 전기 감전 사고의 위험이 있는 것으로 개선해야 합니다. 

출처: 히오키코리아

A. 먼저 건물을 짓기전에 접지저항을 측정하는 방법은 아래와 같습니다. 

1) 접지 전극과 E 단자를 측정 코드 (검정)으로 연결합니다.

2) 와인더를 2개 들고 측정 코드를 당기면서 측정 장소로 이동합니다. 측정 코드 (노랑)가 모두 꺼내진 위치에서 보조 접지 봉을 지면에 설치하고 측정 코드(노랑)를 연결합니다.

3) 와인더(측정 코드:빨강)에서 측정 코드를 당기면서 접지 전극 E와 보조 접지 전극 S를 연결하는 직선상으로 이동합니다.

4) 측정 코드(빨강)가 모두 꺼내진 위치에서 보조 접지 봉을 지면에 설치하고 측정 코드(빨강)를 연결합니다.

위의 방법은 건물을 짓기 전에 실시하는 방법입니다. 그런데 건물이 이미 지어진 경우라면 어떻게 접지저항을 측정해야 할까요? 전극이 이미 땅속에 묻혀서 그 위에 건물이 지어진 상태이기 때문에 막막할 것입니다. 

B. 건물이 지어진 상태에서 접지저항을 측정하는 방법은 아래의 두 가지 방법이 있습니다. 

1) 3전극법

이 방법은 위에서 설명해 드린 방법과 같은 방법입니다. 다만 건설사에서 TEST용 전극봉을 미리 매설해 둔 경우에만 해당합니다. 위의 도면에서 보시면 하늘색 원에 있는 것이 테스트 접지 봉을 매설해놓은 것입니다. 그리고 이것은 전기실에 있는 접지단자함에 연결되어 있습니다. 

다시 전기실의 접지단자함으로 가보겠습니다. 1종 접지, 2종 접지, 3종 접지 양쪽으로 정체 모를 얇은 접지선이 2가닥 있습니다. 이것이 바로 TEST 접지봉에 연결된 접지선입니다. 이 두 TEST 접지봉을 이용하여 1종, 2종, 3종의 접지저항 값을 건물을 건설하기 전과 동일하게 측정하면 되겠습니다. 위의 접지저항측정기의 E단자를 1종, 2종, 3종 접지의 어느 한군데에 물리고 나머지 S와 H는 TEST 접지봉 쪽에 연결하여 측정하면 됩니다. 

2) 2전극법 - 간이측정법

상기 말씀드린 3전극법 같은 경우는 TEST 접지봉이 설치된 곳에서만 접지저항을 측정할 수 있습니다. 그러나 TEST 접지봉이 설치되어 있지 않은 곳이나 분전반, 콘센트 같은 곳에서는 접지저항을 알 수 없습니다. 이럴 경우에는 아래와 같이 2전극법을 사용하여 접지저항을 측정합니다. 

 

먼저 검전기 등을 사용하여 상용 전원의 N(뉴트럴) 측에 전압이 존재하지 않는 것을 확인합니다.

전원 버튼을 눌러 전원을 켭니다. Fn 버튼을 눌러 (2 전극법)을 표시합니다.

테스트 리드(검정)을 측정 대상의 접지 전극에 연결합니다.

테스트 리드(빨강)을 상용 전원의 N(뉴트럴) 측에 연결합니다.

MEASURE 버튼을 누르면 본 기기는 자동으로 다음 측정을 순서대로 실행합니다. 약 3초 후에 측정값을 표시하고 HOLD가 점등됩니다.

접지 저항을 측정합니다. 접지 전극의 접지 저항과 상용 전원의 뉴트럴 측의 접지 저항의 합(Rx＋Ro)을 측정합니다.

이것의 원리는 다음과 같습니다. 접지저항측정기에서 전기를 발생시켜서 중성선을 통하여 주상변압기의 접지를 통해 대지로 전기가 흘러가서 다시 접지를 통해 기기로 들어온 전기의 값을 이용하여 접지저항을 측정하는 것입니다. 

5. 접지의 종류

1) 변압기 2차 측 접지

변압기는 고압 측과 저압 측이 코일로 이루어져 있는데 어떤 이유에서 고압 측과 저압 측이 접촉하는 일이 발생할 수 있습니다. 이것을 고저압 혼촉이라고 부릅니다. 이런 일이 발생하면 고압 측의 전기가 저압 측으로 흐르게 되어 큰 사고가 발생할 수 있습니다. 이때 사고를 방지하기 위해 저압 측에 접지공사를 하게 되는데 이것이 제 2종 접지공사가 되겠습니다. 위의 붉은색 표시가 제 2종 접지공사입니다. 

2) 전기 기기 접지 - 전동기

대표적인 전기기기인 전동기도 역시 접지를 하게 되어 있습니다. 왼쪽 그림의 전원이 들어오는 곳에 Box가 보이는데 이곳을 뜯어보겠습니다. 그러면 오른쪽 그림처럼 녹색 선이 볼트로 조여져 있는 것을 볼 수 있습니다. 전기모터는 이런 식으로 보통 접지가 되어 있습니다. 

상기 모터의 접지는 위처럼 제어함에서 시작됩니다. 제어함의 공통접지에 굵은 3종 접지선이 와있고 이곳에서 분기되어 각 모터로 접지선이 연결된 것을 확인할 수 있습니다. 

3) 정전기 방지용 접지

휘발유, 경유와 같은 석유류들은 정전기에 취약합니다. 과거에는 석유류에서 발생한 정전기 때문에 화재, 폭발사고가 많이 발생하였습니다. 따라서 이러한 유류 탱크에 위에서 보시는 것처럼 반드시 접지를 해야 합니다. 그렇다면 이러한 유류 탱크에 어째서 정전기가 발생할까요? 바로 유체를 넣거나 빼는 과정에서 유체와 용기가 마찰이 발생하게 됩니다. 이때 발생한 정전기가 해소되지 않으면 스파크가 일어나고 화재나 폭발이 일어나는 것입니다. 

6. 접지규정 개정

전기설비기술기준에 있는 접지저항에 관한 규정입니다. 1종 접지공사는 고압 및 특고압의 전기기기의 철대 및 외함에 설치하는 것으로 접지저항 규정치는 10 ohm 이하 입니다. 2종 접지공사는 고압 및 특고압 전로와 저압전선로를 결합하는 중성점 또는 단자에 실시합니다. 3종 접지공사는 주로 400V 미만의 저압용 기계기구의 철대 및 금속제 외함에 설치하며 100 ohm이하의 접지저항 규정치가 있습니다. 만약 400V가 넘어가게 된다면 특별 제3종 접지공사를 실시해야하며 접지저항의 규정치는 10 ohm이하 입니다. 

위의 내용은 전기기사나 전기산업기사를 공부하면서 달달 외우게 되는 내용입니다. 그리고 수십 년 동안 대한민국의 접지공사 표준으로 자리 잡아왔습니다. 그런데 이 규정이 2020년까지만 사용하고 폐지됩니다. 그리고 새로운 규정으로 변경되게 됩니다. 새롭게 변경되는 내용에 대해서는 KEC 전기설비기술기준에 들어가셔서 찾아보시는 것도 좋을 것 같습니다. 내용이 너무 길어져서 이곳에서는 언급하지 않겠습니다. 아래 캡처에 링크 걸어놓았으니 참고하시기 바랍니다. 

7. 접지와 건강

갑자기 무슨 뜬금없는 이야기냐고 하실 수도 있겠습니다. 하지만 접지는 건강과도 관계가 있다고 생각합니다. 접지는 영어로 earthing or grounding입니다. 유튜브나 뉴스에 earthing이라고 치면 매우 많은 결과들을 얻을 수 있습니다. 

위의 동영상을 보시면 남자분께서 고혈압 당뇨 등으로 입원해야만 하는 상황이었습니다. 그런데 맨발로 걷고 나서부터 병이 나았다고 합니다. 이게 무슨 과학적 원리가 있느냐 하겠지만 대략 필자가 들은 바는 이렇습니다. 우리 몸에는 정전기가 존재하는데 이것이 우리몸에 나쁜 효과를 내게 됩니다. 그런데 우리는 신발을 신고 건물 안에 살기 때문에 이 정전기가 해소될 방법이 없습니다. 

더군다나 우리 주변에 있는 전기기기에서는 전자파가 쏟아져 나옵니다. 그것들은 우리 몸에 나쁜 영향을 끼치지요. 전기기기와 붙어서 사는 우리들은 전자파의 홍수 속에서 살고 있습니다. 이런 전자파가 몸에 좋다는 이야기는 들어본 적이 없습니다. 특히 필자는 전기장판에서 잠을 자면 다음날 몸 상태가 너무 좋지 않아 전기장판을 쓰지 않습니다. 

그런데 맨발로 걷게 되면 땅과 접지가 되므로 몸의 정전기나 전하가 빠져나가서 몸이 다시 회복되는 거지요. 제가 건강전문가는 아니라서 이 정도만 말씀드리겠습니다. 맨발걷기가 건강에 좋다는 것에 대해서는 필자가 10여년 전부터 알고 있었지만 이것이 어느 정도 과학적으로 근거가 있는 것은 최근에 알았습니다. 인터넷에 맨발걷기로 검색하시면 다양한 정보들을 얻을 수 있습니다. 

위의 동영상에서 접지를 연결해서 사용하라는 말에는 필자는 얼토당토않은 것이라고 생각하지만, 대략적인 흐름에는 공감을 하는 바입니다. 한국어가 아니라서 자막-한국어로 설정하시면 한국어로 보실 수 있습니다. 

오늘은 접지에 대한 긴 이야기를 하였습니다. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.