접지설계 접지용량계산 (접지도체 보호도체 굵기 산정)

접지시스템을 설계할 때는 구성방식도 중요하겠지만 접지케이블의 굵기가 가장 중요하겠지요? 오늘은 이 접지케이블 굵기를 선정하기 위한 접지용량계산을 직접 해 보겠습니다. 이론적인 내용이니 현장에서는 어느정도 여유율을 가지고 진행해야 한다는 점 꼭 명심하시기 바랍니다. 처음 오신 분들은 KEC규정의 접지시스템에 대한 내용을 아래 포스팅에서 먼저 보시는 것을 추천드립니다.

https://mech19.tistory.com/167

KEC 접지규정 정리 (TN계통, TT계통, IT계통, 단독접지, 공통접지, 통합접지)

이제 본격적으로 오늘 내용을 시작해 보겠습니다. 먼저 접지용 케이블은 크게 두가지로 나뉘는 것을 기억해야 합니다. 하나는 땅속에 매설된 접지극과 메인 접지단자를 연결해 주는 접지도체이고 다른 하나는 접지단자에서 전기기기의 접지를 위해 연결되는 보호도체 입니다. 그림으로 나타내어 보면 아래와 같습니다.

그럼 여기서 보호도체는 각 기기들의 접지를 담당하고 접지도체는 전체 시스템의 접지를 담당하게 되겠죠? 그래서 당연히 접지도체의 굵기가 가장 굵은 보호도체의 굵기 이상이 됩니다. 그럼 이 접지도체와 보호도체의 굵기를 계산하는 방법을 이야기 해 보겠습니다.

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1. 접지도체(보호도체) 단면적 구하는 공식

 

S : 도체의 단면적

I : 지락전류

t : 차단기 동작시간

k : 온도계수 (구리 : 143, 알루미늄 : 95, 철 : 52)

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기본적으로 접지도체의 단면적을 구하는 공식은 위와 같습니다. 단, 차단시간이 5초 이하인 경우에만 사용할 수 있으며 위의 계산식에서 구한 도체의 단면적은 최소값으로 계산 결과값 이상의 값을 사용해야 합니다. 그럼 간단히 예를 한번 들어서 계산을 해볼까요?

만약에 지락사고시 고장전류(지락전류)가 1000A이고 차단기 동작시간이 0.5초이며 접지케이블을 구리로 사용할 경우라면 도체의 단면적은 얼마일까요? 공식이 굉장히 간단하니 금방 계산할 수 있습니다. 계산을 해보면 아래와 같습니다.

여기서 우리가 구하고자 하는 도체의 단면적은 4.945가 되죠. 그러나 4.945라는 케이블 굵기는 없으니 그 바로 상위의 규격인 6sq로 선정을 하면 됩니다. 쉽죠?? 그런데 여기에는 한가지 문제가 있습니다. 지락전류를 구해야 한다는 것이죠. 사실 전체 시스템 계통에서 차단기를 선정할 때는 3상단락전류를 고장전류로 사용하기 때문에 지락전류는 저도 잘 계산을 안했었네요. 그래서 사용하기 편리하게 여유율을 준 최소단면적이 규정으로 나와 있습니다. 해당내용은 상도체기준으로 정리가 되며 정리해 보자면 아래와 같습니다.

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2. 보호도체 선정 표

상도체 굵기	보호도체 굵기	예시
16sq 이하	상도체와 같은 같은 굵기	상도체가 10sq라면 보호도체도 10sq
16sq 초과 ~ 35sq 이하	16sq	상도체가 25sq라면 보호도체는 16sq
35sq 초과	상도체 절반의 굵기	상도체가 50sq라면 보호도체는 25sq

참고로 여기서 이야기 하는 상도체란 기기에 전원을 공급해 주는 전원케이블의 굵기를 의미합니다. 어렵지 않죠? 그리고 참고로 보호도체가 상도체와 별도의 케이블로 시설하는 경우에 기계적 보호가 될때는 2.5sq이상, 기계적 보호가 되지 않을 때는 4sq이상이어야 합니다. 알루미늄의 경우는 16sq이상입니다.

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3. 접지도체 선정

특고압, 고압 전기설비	6sq이상
중성점 접지용 (과거 변압기 2차측 2종접지)	1차측이 특고압	16sq 이상
	1차측이 22.9kv인 경우	6sq이상 (지락전류가 커서 보호계전기 동작이 빠름.)
	1차측이 고압	6sq 이상
이동식 전기설비	특고압, 고압	10sq 이상 캡타이어케이블
	중성점 접지	10sq 이상 캡타이어케이블
	저압	0.75sq 이상 캡타이어케이블 1.5sq 이상 연동연선

일단 표를 이용하여 선정이 가능하지만 기본은 위에서 제시한 공식을 이용하여 계산을 하여야 합니다. 그런데 공식을 이용하려면 지락전류를 알아야 하겠죠? 제가 지락전류에 대해서는 한번도 이야기를 한 적이 없네요. 다른 포스팅에서 지락전류에 대해서 한번 이야기를 해 보겠습니다. 참고로 지락전류는 1선지락의 경우와 2선지락의 경우가 있습니다. 시간을 내어 자세히 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 오늘은 여기까지 입니다. 감사합니다.

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