접지 및 피뢰 시스템 - 한국전기공사협회 안전시공교육(시공관리책임자)

접지 시스템의 사용 목적에 따른 구분

• 변압기 중성점 접지인 계통접지 (System Earting, KEC 203)
  - 목적: 고, 저압 혼촉 등 돌발적 사고 방지
  - 방법: 대지와 계통을 연결
  - 변압기 중성점 접지
• 감전보호를 목적으로 하는 보호접지 (Protective Earthing)
  - 목적: 일반적인 접지로 고장 시 감전 보호
  - 방법: 고장 시 노출도전부(전동기 외함, 금속제 박스 등)에 보호도체를 통하여 고장전류를 대지로 방전
• 뇌서지로부터 구조물보호를 위한 피뢰시스템 접지
  - 목적: 건축물 등 구조물을 직격뇌로부터 보호
  - 방법: 구조물이 뇌격을 받지 않도록 수뢰부(돌침, 수평도체, 그물망도체 등)로 뇌격을 포집하여 인하도선과 접지극을 통하여 뇌격전류를 대지로 안전하게 방류하기 위한 접지

KEC 접지선의 용어 정의

• 보호도체(PE: Protective Conductor)
  - 주 접지단자와 노출도전부(기기외함 등)의 접지점을 연결하는 감전보호용 도체
  - 지락고장전류의 귀환회로를 만들어 감전 방지
  - 최소 단면적은 도체의 열적 내량으로 고장전류에도 보호도체의 절연체가 최고 허용온도를 초과하지 않는 단면적 또는 계산값중 하나에 따라 선정

구리 보호도체 최소 단면적  (㎟)
설비 상도체 단면적 S	상도체와 재질이 같은 보호도체
S<=16 (분기회로)	S
16<S<=35	16
S>35 (간선)	S/2

       - 계산식에 의한 보호도체 최소 단면적

• 접지도체
  - 주 접지단자에서 접지극으로 연결하는 접지선(Grounding wire)
  - 접지도체의 최소 단면적
   : 구리는 6㎟ 이상
   : 피뢰시스템이 접속되는 경우 구리 16 ㎟ 이상
   : 큰 고장전류가 흐르는 경우 보호도체 단면적 산정식 적용
  - 접지도체와 접지극 접속
  : 접속부는 압착 접속, 클램프 또는 기계적 접속장치에 의하며 납땜에만 의존하는 접속은 사용해서는 안됨
  - 매입되는 지점에는 안전 전기연결 라벨 시설
• 등전위본딩도체
  - 접지단자와 금속제 창문 등 계통외도전부의 접지점을 연결하는 도체

감전에 대한 보호 (KEC 210)

• 기본보호
  -감전을 방지하기 위한 충전부에 직접 접촉 방지
• 고장보호
  - 고장 시 노출도전부의 접촉에 의한 방지
• 감전 보호 방법

구분	기본보호	고장보호	특별저압보호
정의	정상운전중인 전기설비의 충전부에 접족하는 경우 감전보호	전기설비 누전 등 고장이 발생한 기기에 접촉하는 경우 감전보호	인체에 위험을 초래하지 않을 정도의 저압 전원 회로에 의한 보호 (AC 50V, DC 120V 이하)
보호방법	충전부 절연 격벽 또는 외함 접촉범위 밖 배치	전원 자동 차단 이중 절연/강화 절연 보호 등전위본딩 전기적 분리 비도전성 장소	비접지회로 적용 SELV 접지회로적용 PELF 기능적 특별 저압 사용시 적용 FELV

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일반적인 감전보호 대책

• 보호접지
  - 접지에 의하여 접지저항값을 낮춤
• 보호 등전위 본딩
  - 등전위본딩으로 전류의 흐름 억제
• 고장시 자동 차단
  - 고장의 경우 규정된 차단시간 내에서 회로의 선도체 또는 설비의 전원을 자동으로 차단해야함

KEC 피뢰 시스템 적용 범위

• 지상으로부터 높이가 20m 이상인 것
• 낙뢰로부터 보호가 필요한 전기, 전자설비

KEC 피뢰시스템 구성

• 피뢰시스템(LPS : Lightning Protection System)
  - 구조물을 뇌격으로 인한 물리적 손상을 줄이기 위해 사용
• 구성
  - 직격뢰, 유도뢰로부터 대상물을 보호하기 위한 외부피뢰시스템
  - 인하도선의 뇌전류에 의한 전자, 정전유도장해로부터 대상물을 보호하기 위한 내부 피뢰시스템
  
  

피뢰시스템 등급선정

• 피뢰시스템 레벨은 I, II, III, IV 4개 등급으로 나뉨
• 피뢰등급은 낙뢰빈도 등의 지역특성이나 시설의 중요도 등을 종합적으로 판단하여 보호수준을 선정
• 일반적으로 IV 등급으로 시설하고 국가의 중요시설물에는 III등급으로 함
• 위험물의 제조소 등은 II등급 이상으로 함

레벨	낙뢰의 영향	해당 건축물의 예
I	그 자체로 가장 큰 피해가 우려되는 건축물	화학, 원자력, 생화학 건물
II	건축물 주변에 피해(화재, 폭발)를 줄 우려가 있는 건축물	정유공장, 주유소
III	공공 서비스 상실의 피해가 우려되는 건축물	전신전화국, 발전소
IV	일반 건축물	주택, 농장

 

수뢰부 시스템

• 피뢰 등급에 따라 회전구체 반지름을 굴렸을 때 회전구체 표면이 닿는 곳에 수뢰부를 설치하여 직격뢰로부터 보호

레벨	회전구체 반지름
I	20m
II	30m
III	45m
IV	60m

인하도선 시스템

• 수뢰부에서 받은 뇌전류를 안전하게 접지극을 통하여 대지로 방류하기 위한 최적경로를 선정
• 수뢰부와 접지극의 전기적 연결
  - 인하도선의 수: 복수로 병렬구성
  - 도선 경로의 길이를 최소로 함
  - 인하도선시스템의 재료

재료	형상	최소단면적㎡	재료	형상	최소단면적㎡
구리, 주석도금 구리	연선	50	용융 아연도금강	원형단선	50
알루미늄	연선	50	스테인리스강	연선	70

인하도선 시스템의 배치 방법

• 건축물과 분리되지 않는 피뢰시스템의 경우
  - 벽이 가연성 재료인 경우: 0.1m 이상 이격
  - 이격이 불가능한 경우 : 도체를 100㎡ 이상으로 함
• 인하도선의 수는 2조 이상
• 보호대상 건축물 둘레에 균등한 간격으로 배치
• 노출된 모서리 부분 우선 배치
• 등급별 인하도선 사이의 최대 간격

피뢰시스템의 등급	인하도선의 간격(m)
I, II	10
III	15
IV	20

 

수뢰부와 접지극 사이의 연속성 형성

• 인하도선은 최단거리로 곧게 수직으로 시설
• 구조물의 철근은 자연적 구성부재로 사용할 것
  - 금속부재의 최상단부와 지표레벨 사이의 직류 전기저항 값은 0.2Ω 이하로 하여야 함
  - 이 경우 수평 환상도체는 설치하지 않아도 됨
• 건축물의 외벽 등을 구성하는 금속 구조제의 인하도선으로 적용
  - 금속 구조제의 두께가 0.5mm 이상인 금속판 또는 금속관