접지시스템의 전위 특성 실험

그림 1-1과 같이 접지시스템을 구성하고 215 V의 전압과 7 A의 전류를 전원접지에 인가하고 각 접지의 전위를 측정하여 독립접지와 공통접지의 전위상승 특성을 비교분석한다.
그림 1-2의 실험 Case 1은 전원접지와 통신접지, 신호 접지를 각각 독립되게 하고 통신접지와 신호접지의 전위 상승 값을 측정한다.
Case 2는 통신접지와 신호 접지를 연결하고 통신접지와 신호 접지의 전위 상승 값을 측정한다.
Case 3은 .전원, 통신, 신호 접지를 모두 연결하고 전원접지, 통신접지, 신호접지의 전위 상승 값을 측정한다.
Case 4는 Case 3과 동일하게 하고 각각의 접지간의 전위차를 측정하는 실험을 하였다.

그림 1-1

1)모의실험 접지시스템의 구성

○ 목적 : 전위상승으로 독립접지와 공통접지의 장단점 파악
○ 대지저항률 : 158 [Ω.m] ○ 전압/전류인가: 215 V/ 7.0 A

그림1-2 대지전위 실험 기본 모델

그림1-3 독립접지 시 대지전위 실험 Case1

그림1-4 공통접지 시 대지전위 실험 Case2

그림1-5 전원과 공통접지 시 등전전위 실험 Case3

1-1 접지시스템별 접지저항 값과 접지전극 형태

접지시스템	접지저항[Ω]	전지전극 형태
기준접지	16	일반접지전극/Ø22 ㎜ x 7000 ㎜
전원접지	17	일반접지전극/Ø20 ㎜ x 7000 ㎜
통신접지	11	PGS/Ø54 ㎜ x 7000 ㎜
신호접지	9	PGS/Ø54 ㎜ x 4000 ㎜ x Ø20 ㎜ x 3000 ㎜

1-2 접지전극 간의 이격거리

접지종목	기준접지	전원접지	통신접지	신호접지
기준접지	-	23m	13m	9m
전원접지	23m	-	24m	24m
통신접지	13m	12m	-	12m
신호접지	9m	24m	12m	-

1-3 각 접지시스템의 전위상승

접지시스템	Case1[V]	Case2[V]	Case3[V]	Case4[V]
통신접지	1.05	1.82	214	통신-신호=0
신호접지	3.35	1.82	214	신호-전원=0
전원접지	214	214	214	전원-통신=0

• Case 1 : 독립접지 시 전위상승
• Case 2 : 통신-신호 공통접지, 독립접지 시 전위차발생, 전위상승
• Case 3 : 통신-신호-전원접지 공통접지 시 등전위로 전위상승
• Case 4 : 통신-신호-전원접지 상호간의 전위차 측정

2) 접지시스템의 전위 특성 실험 결과 및 분석

접지시스템에 있어서 중요한 요소 중의 하나가 대지전위차이다.
공통접지방식과 독립접지방식의 선택 기준도 전위차와 관계가 있다. 또한 접지의 기본 목적인 사람의 안전과 장비 보호, 그리고 touch voltage와 step voltage 측면도 깊이 관계한다. 즉 이러한 요소들은 전위차와 관계하고, 그 전위차를 없애기 위하여서는 공통 접지방식이 적합하다는 것을 증명 하고자 그림 3-33과 같이 모의실험 접지시스템을 구성하여 실험을 하였다.

표 1-3과 같이 통신접지의 전압은 1.05 V이고, 신호접지의 전압은 3.35 V가 측정되어 인가지점으로부터 가까운 접지전극에 전위가 높게 나타났다. 통신접지와 신호 접지를 공통으로 구성한 후 측정된 전압은 1.82 V가 측정되어 독립으로 구성 되었을 때보다 전위가 낮아진 것을 확인 하였다. 전원이 직접 인가되는 전원접지에 통신, 신호 접지를 모두 공통으로 연결을 하면 전원이 직접 연결되어 전위가 상승하였지만 접지시스템 간에는 0 V의 전압이 측정되어 등전위화가 이루어진 것을 알 수 있다.

여기서 접지시스템의 전위상승은 단순히 접지전위상승의 관점에서 본다면 독립접지시가 적합한 것으로 보이지만, 그러나 독립접지시 통신기기나 신호설비 기기의 AC 전원부는 전원접지에 연결되고 DC 전원이나 실드선, 통신기기의 외함 등을 통신 접지시스템에 연결된 경우에는 두 접지시스템사이의 큰 전위차에 의해 기기의 소손을 초래할 수 있다. 따라서 두 접지시스템을 본딩 하는 것이 접지저항을 저감할 뿐 아니라 등전위화를 이루어 사고예방에도 효과가 있다.

또한 모든 접지시스템을 공통접지로 등전위화를 이루면 대지나 접지선에 전위상승이 일어나더라도 기기의 외함과 전원사이의 상대적인 전위차는 크게 발생하지 않는다. 따라서 공통접지방식이 전자 통신정보화장비에 대한 낙뢰 surge 방호와 안정적인 운용을 확보하는데 최적화된 접지공법임을 실험을 통하여 확인하였다.

    (a) 독립접지 시                 (b)공통접지(본딩)시

그림 1-6 독립접지와 공통접지 시의 접지전위상승 분포

그림 1-6의 (a) 독립접지 시 그림은 각각 독립된 접지전극에 대한 전위상승분포의 측정결과를 나타낸 것이고, 그림 3-37의 (b) 공통접지(본딩) 시 그림은 공통접지시스템을 구축한 경우의 전위상승 분포특성을 나타낸다. 그림 3-37의 (b) 공통접지(본딩)시의 그림과 같이 전원접지의 전위로 통신접지와 신호접지의 전위도 상승하였지만 전원접지와 전위차가 없이 등전위화가 이루어진 것을 알 수 있다.

독립접지방식은 두 접지시스템사이의 큰 전위차를 발생하고 따라서 이에 의해서 기기의 소손을 초래할 수 있다. 그래서 두 접지 시스템을 본딩하는 방법이 접지저항을 저감할 뿐 아니라 등전위화를 이루어 사고예방에도 효과가 있다. 따라서 등전위를 기본이론으로 하는 공통접지방식이 낙뢰·surge 방호와 장비의 안정적인 운용에 최적화된 접지공법임이 검증하였고, 아래와 같은 결과를 얻었다.

뇌 임펄스발생장치를 이용한 접지시스템의 전위상승 특성분석 실험을 한 결과를 요약 하면,

1. 공통접지로 상호 본딩 시에는 전위가 상승하였지만 접지 간에는 등전위화가 이루어진 것을 확인하였다.
2. 대지전위상승의 관점에서는 독립접지가 유리하지만, 두 접지 간의 큰 전위차는 기기의 소손을 초래할 수 있다.
3. 모든 접지시스템을 공통접지로 등전위가 이루어지면 대지나 접지선에 전위상승이 일어나더라도 기기의 외함과 전원사이의 상대적인 전위차는 크게 발생하지 않는다.
4. 접지의 기본 목적인 사람의 안전과 장비 보호, 그리고 touch voltage와 step voltage의 요소들은 전위차와 관계하고, 그 전위차를 없애기 위하여서는 등전위에 기초한 공통접지방식이 적합하다.