접지(Grounding &

Surge Protection)

접지전위 상승이란 무엇인가?

땅에 벼락이 떨어지거나 전력회사의 전력계통에 사고가 일어나서 막대한 양의 에너지가 대지로 유입되면, 에너지가 주입된 지점의 대지전위가 멀리 떨어진 곳의 전위에 비해 상승한다.

이것이 대지 안에서 전위경도를 형성하고, 그 곳에 있는 사람의 두 발 사이에 전위차를 일으켜 사람을 위험에 빠뜨리기도 한다. 서로 분리되어 있는 모든 접지를 하나의 시스템으로 본딩하거나 접지판 또는 접지 메쉬를 묻어서 설비 밑에 등전위 접지면을 구성해 주면 사람이나 장비에 대한 위험을 줄일 수 있다. 접지전위가 상승하면 사람이 위험할 뿐만 아니라 장비가 피해를 입을 수도 있다.

What is Ground Potential Rise (GPR)?

When a large amount of energy is rapidly deposited into the ground by a cloud-to-ground lightning strike or by an electrical fault on a utility power system, the ground potential at this injection point rises to a higher level with respect to the more distant ground.

This has the effect of creating a voltage potential gradient in the earth, which can cause dangerous touch and step potentials to personnel exist. By creating an equi-potential ground plane beneath a facility by electrically bonding all separate "grounds" into a "system" or by burying ground mats and meshes, this danger to personnel and equipment can be reduced. It is also important to note that GPR is not only dangerous to personnel, it can also cause damage to equipment - see below.

분리된 접지를 사용하지 말라고 들었는데?

분리되어 있는 접지는 벼락이 떨어질 때 장비에 손상을 입힐 수 있다. 구름과 대지 사이에서 방전이 일어날 경우에 엄청난 양의 전하가 매우 짧은 시간에 대지에 주입되어, 전하가 주입된 지점의 대지전위를 멀리 떨어진 곳의 전위에 비해 상승시킨다. 결국 대지에 형성된 이 전위 경도로 인하여 서로 다른 접지 사이에 전위차가 생기게 되며, 이 접지 사이에 전류(loop current)가 흘러 접지에 연결된 장비에 손상을 입힌다. 이러한 현상은 장비가 다중경로를 통해 전원을 공급받을 때 더 자주 발생한다.

예를 들자면, 모뎀이 장착된 PC를 들 수 있는데, 한 쪽은 전력선에,

다른 한 쪽은 전화선에 물려있다. 이 두 선로가 등전위 접지에 연결되어 있지 않다면 손상을 입을 수 있다. 사실, 이것이 장비가 손상되는 일반적인 원인 가운데 하나이다.

I have heard I should not use separate grounding systems?

Separate "grounds" or "ground references" can result in damage to equipment during lightning activity. A cloud-to-ground discharge can deposit extensive charge very quickly into the local ground mass of the earth causing the ground at the injection point to rise up in voltage with respect to more remote grounds. The resultant potential gradient established in the ground means that separate grounds could rise to different potentials resulting in a loop current and possible damage to equipment referenced to these two different points. This phenomenon can present itself in a more subtle way when equipment is connected to multiple services.

An example of this can be a personal computer with modem where connections are made to utility power and telecom line. If these two services are not referenced together to create a common, equi-potential, ground plane, damage can result. In fact, this is one of the more common causes of equipment damage. A well-designed multi-port protector will ensure such equalization between services at the equipment.

일점접지란 무엇인가?

우선 확실하게 해둘 것은, 대지전위가 상승할 때 한 설비 안에 있는 장비에서는 접지전위차가 생기지 않는다는 것이다. 접지전위차가 생기지 않게 할 수 있는 한 가지 방법은 설비의 전원과 장비에 일점접지를 적용하는 것이다. 이렇게 하려면, 설비 안에 있는 모든 장비를 단일 접

지 바 또는 전기적으로 견고하게 본딩된 여러 개의 접지 바에 접속하고, 내부 본딩 시스템은 외부 접지 시스템에 접속해야 한다. ‘일점접지’란 내부 설비접지와 외부 접지 네트웍에 대한 단일 접속을 말한다. 외부 접지 네트웍은 접지봉이나 매설지선과 같은 여러 개의 요소로 구성된다.

What is single point grounding?

It is important to ensure that ground potential differences are not derived across equipment within a facility during ground potential rises. One way to ensure this is to adopt a single point approach to grounding of the equipment and services in the facility. This usually entails referencing all equipment in the facility to a single ground bar (or a number of ground bars that are solidly electrically bonded together), and ensuring that this internal bonded system is connected to the external ground system. "Single point grounding" refers to the single connection between the internal facility ground system and the external ground network. The external ground network can utilize multiple grounding elements such as ground rods and/or counterpoises.

접지저항을 어떻게 측정하는가?

여러 가지 방법이 있으나 일반적인 것은 ‘전압강하법’이다. 저항을 측정하려면 접지저항계와 기술자가 필요하다. 대상 설비가 큰 경우에는, 전류 주입점과 기준 전극 사이의 거리를 멀리 - 50m 이상 - 띄워야 한다. 이렇게 해야 땅 속에 매설된 접

지 시스템과 기준 전극이 너무 가까울 때 생기는 오류를 피할 수 있다. 이런 경우에는 Clamp-on type 계기를 피한다, 큰 오차가 나타날 수 있으므로.

How do I measure ground resistance?

There are a number of techniques for measuring ground resistance, the more popular being the “fall of potential method”. Measurements require a ground resistance testing instrument and qualified personnel. With larger facilities, it is important to take ground resistance readings by placing the injection and reference electrodes in the “far field” – essentially some few hundred feet from the inspection ground point.

This will ensure that false or misleading results are not obtained by having electrodes too close to buried parts of the overall ground system. Clamp-on type instruments are not preferred in such situations due to the possibility of large errors in results.

접지에 대해서 어떤 사람은 임피던스를, 어떤 사람은 저항을 강조하는 데?

서지의 특성은 전류와 전압이 매우 빠르게 변한다는 것인데, 이 변화를 dv/dt와 di/dt로 나타낸다. 이것은 고주파 event이기 때문에 접지계통을 직류저항으로 보는 것 보다는 교류 임피던스로 보는 것이 더 좋다. 이것은 매우 복잡하기 때문에, 임펄스 상황에서 접지의 임피던스를 측정하려면 송전선 이론을 알아야 하고 특별한 기술이 필요하다.

Some people say impedance and some resistance when talking about grounding?

The lightning surge event is characterized by having very fast changes in current and voltage, sometimes called the dv/dt and di/dt. In essence it is a high frequency event and as such the ground system is better considered as an ac impedance rather than dc resistance. The subject is complicated and requires knowledge of transmission line theory and special techniques to measure the effective impedance of the grounding system under impulse condition. Enough said!

접지저항은 얼마여야 하는가?

이것은 접지전문가들이 가장 자주 받는 질문 가운데 하나이다. 그러나 한 마디로 대답할 수는 없다. 대강으로 볼 때, 낙뢰나 서지에 대한 보호가 목적이라면 10Ω정도여야 한다. 물론, 거친 토양에서 이 값을 얻기는 쉽지 않으며, 비용과 효과의 관계도 고려해야 한다. 강조하거니와 ‘이것이다.’하는 저항값은 없다.

예를 들어, 시험봉이 어떻게 놓이느냐에 따라 2Ω 정도의 편차가 일어나는 곳에서, 반드시 10Ω 이하의 접지저항을 얻어내려 한다면 이것은 적절하지 못한 주장이다. 또한, 연중 계절에 따라 토양의 수분 함량이 50%까지 변한다는 것도 염두에 두어야한다. 접지저항을 줄이기 위해 사용하는 ‘접지저항저감재’도 있다.

접지저항 보다 더 중요한 것은 설비내의 모든 장비가, 적절한 본딩을 통해, 등전위 접지면에 접속되어 있어야 한다는 것이다. 이렇게 하면, 서지가 들어올 때에, 장비 안에 있는 각 부분이 같은 전위로 올라가게 된다. 이 이야기는 ‘우주왕복선’을 예로 들어서 설명할 수 있다. 우주왕복선은 접지되어 있지 않지만 내부에 있는 모든 장비가 등전위면에 접속되어 있다.

What ground resistance must I achieve?

This is probably one of the most often asked questions of grounding experts. Again there is no one answer. As a rule of thumb, an effective ground for lightning and surge protection purposes should be somewhere around 10 ohms. Obviously this can be difficult to reach in poor soil conditions and a cost benefit relationship comes into play. It is also important to stress that no definitive applies to grounding values.

As an example, it is pointless insisting that a contractor achieve a ground resistance of precisely 10 ohms or less, when the testing method can be subject to as much as 2 ohms variation depending on how the test rods are laid. It is also worth keeping in mind that, the soil water content can vary as much as 50%, depending on the season of the year. There are "ground enhancing materials" which can be used to improve (decrease) the local ground resistivity.

More important than the absolute value of the ground resistance, is to ensure that all the equipment in the facility is referenced to an equi-potential ground plane through adequate bonding. By ensuring this, all separate pieces of equipment will raise to the same potential during a surge condition. This statement can be illustrated by considering the Space Shuttle, it is not "grounded" however all the equipment onboard will be referenced to an internal equi-potential ground plane.

참고 문헌

http://www.nemasurge.com/help.html

(NEMA Surge Protection Institute)