접지와 본딩 기초: 접지 방식·대지전위상승 계산기
접지는 사고 전류를 안전하게 대지로 보내 감전과 화재를 막고, 보호장치가 확실히 동작하게 만드는 설비입니다. 이 글은 접지의 종류와 계통 방식, 등전위본딩 개념을 정리하고, 대지전위상승, 접지극 병렬 합성 저항, 접지선 최소 단면적을 직접 계산해 볼 수 있는 계산기 3개를 담았습니다.
1. 접지는 왜 하는가
- 감전 방지: 기기 외함에 전압이 생겨도 사람이 만졌을 때 흐르는 전류와 접촉전압을 낮춥니다.
- 보호장치 동작: 지락이 생기면 전류가 접지 경로로 흘러 차단기나 누전차단기가 동작할 수 있게 합니다.
- 전위 안정: 설비 각 부분의 기준 전위를 대지에 맞춥니다.
- 서지 방류: 낙뢰나 개폐 서지로 생긴 전류를 대지로 흘려보냅니다.
2. 접지의 종류
| 종류 | 대상 | 목적 |
|---|---|---|
| 계통접지 | 변압기 중성점 등 전원 쪽 | 고장 시 전위 상승 억제와 보호장치 동작 조건 확보 |
| 보호접지(기기접지) | 기기의 금속 외함, 노출 도전부 | 감전 방지 |
| 피뢰접지 | 피뢰설비 | 낙뢰 전류를 대지로 방류 |
| 기능접지 | 통신, 계측 회로 등 | 동작 기준 전위 확보, 노이즈 억제 |
종류별 접지저항 기준값, 공용접지 허용 여부 등은 KEC와 설계 기준에서 확인해야 하며, 이 글에서는 값을 싣지 않았습니다.
3. 저압 계통 접지 방식(TN, TT, IT)
국제 규격(IEC 60364)에서 쓰는 분류입니다. 첫 글자는 전원 쪽을 대지에 어떻게 연결하는지, 둘째 글자는 기기의 노출 도전부를 어떻게 접지하는지를 나타냅니다. T는 대지에 직접 접속, N은 전원 측 접지점에 접속, I는 절연 또는 높은 임피던스를 뜻합니다.
| 방식 | 전원 쪽 | 기기 외함 | 특징 |
|---|---|---|---|
| TN | 한 점을 직접 접지 | 보호도체(PE)로 전원 접지점에 연결 | 지락 시 전류가 PE를 통해 돌아와 큰 고장전류가 흐릅니다. |
| TT | 한 점을 직접 접지 | 전원과 별개로 자체 접지극에 접지 | 고장전류가 대지를 거쳐서 작아지므로 누전차단기 사용이 일반적입니다. |
| IT | 접지하지 않거나 높은 임피던스로 접지 | 자체 접지극에 접지 | 첫 번째 지락에서는 전류가 작아 계속 운전할 수 있도록 설계합니다. |
TN은 다시 중성선과 보호도체의 구성에 따라 TN-S, TN-C, TN-C-S로 나뉩니다. 어느 방식을 쓸 수 있는지는 설비 종류와 법규에 따라 정해집니다.
4. 등전위본딩
등전위본딩은 서로 다른 금속 부분을 도체로 연결해 전위 차이를 줄이는 것입니다. 사고가 났을 때 사람이 동시에 두 금속을 만져도 그 사이 전압이 낮아지도록 하는 것이 목적입니다.
- 주 등전위본딩: 건물로 들어오는 금속 배관(수도관, 가스관 등), 건물의 구조 금속체, 주 접지단자를 연결합니다.
- 보조 등전위본딩: 동시에 접촉할 수 있는 거리의 노출 도전부와 계통 외 도전부를 추가로 연결합니다.
접지가 사고 전류를 대지로 보내는 것이라면, 본딩은 설비 안의 금속 사이 전위차를 줄이는 것입니다. 두 가지는 목적이 달라서 함께 적용합니다.
5. 대지전위상승과 계산기 ①
지락전류 Ig가 접지저항 Rg를 지나 대지로 흐르면 접지극의 전위는 대지 기준으로 Ig × Rg만큼 올라갑니다. 이를 대지전위상승(GPR)이라 부릅니다. 같은 전류라도 접지저항이 크면 전위가 크게 오릅니다.
허용하려는 전위상승 값이 정해져 있다면, 필요한 접지저항의 최댓값은 Rg ≤ 허용 전위상승 ÷ Ig로 구합니다. 허용값은 설비와 기준에 따라 달라서 이 글에서 정하지 않았고, 계산기에 직접 넣어 보게 했습니다.
100A, 10Ω, 100V는 사용법을 보여 주는 예시입니다. 실제 허용 전위상승은 기준과 설비 조건으로 정해야 합니다.
6. 접지극을 여러 개 쓰면 저항이 얼마나 줄어드는가
접지극 1개의 저항이 부족하면 여러 개를 병렬로 묻습니다. 다만 극 사이 간격이 가까우면 서로 영향을 주어 이론처럼 1/n로 줄지 않습니다. 이 영향을 이용률 η(0 초과 1 이하)로 단순화해 다음 식으로 개략 계산합니다.
합성 접지저항 ≈ 접지극 1개 저항 ÷ (개수 × η)
η는 간격, 극의 길이, 토양 조건에 따라 달라서 정해진 값이 없습니다. 실제 접지저항은 시공 후 접지저항계로 측정해 확인합니다.
7. 계산기 ② 접지극 병렬 합성 저항
20Ω, 4개, η 0.8은 예시입니다. 이 값은 실측을 대신하지 않습니다.
8. 접지선(보호도체) 굵기
지락전류가 흐르는 동안 접지선이 열에 견뎌야 하므로, 단락전류 글에서 본 열적 강도 식을 접지선에도 씁니다.
S ≥ I × √t ÷ k (S: 최소 단면적 mm², I: 지락전류 A, t: 차단 시간 초, k: 도체와 절연체에 따른 계수)
k 값은 국제 규격 해설 자료에서 구리 PVC 115, XLPE 143 정도로 알려져 있으나 KEC 원문으로 확인하지 못했습니다. 접지선은 열적 강도 외에도 기계적 강도와 최소 굵기 규정이 있으므로, 이 계산 결과만으로 굵기를 정하지 마세요.
9. 계산기 ③ 접지선 최소 단면적
5000A, 0.5초, 35mm²는 예시입니다. 최소 굵기와 기계적 강도 규정은 이 계산기가 판정하지 않습니다.
10. 자주 묻는 질문
접지와 본딩 작업은 감전 위험이 있는 설비 작업입니다. 이 글은 계산 원리를 설명하는 참고 자료이며, 설계 확정이나 현장 작업의 근거가 아닙니다. 관련 작업은 자격을 갖춘 전문가가 법령과 절차에 따라 수행해야 합니다.
11. 참고한 자료와 한계
- TN, TT, IT 분류와 등전위본딩의 개념은 IEC 60364 계열을 설명한 자료에 따라 정리했습니다. 이 글의 작성자는 전기 실무 전문가가 아니며, 글은 AI의 도움을 받아 작성되었습니다.
- 접지저항 기준값, 접촉전압 허용값, 접지선 최소 굵기 등 KEC의 구체적 수치는 확인하지 못해 싣지 않았고, 계산기의 숫자는 모두 예시입니다.
- 열적 강도 식의 k 값(115, 143)은 국제 규격 해설 자료를 참고한 값이며 KEC 원문으로 직접 확인하지 않았습니다.
- 병렬 접지극의 이용률은 단순화한 개략식이며, 실제 접지저항은 측정으로 확인해야 합니다.
- 마지막 확인일: 2026-10-21
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