건축물(structure) 안에서 등전위(equipotentiality)r

건물(structure) 안에서 등전위(equipotentiality)를 보장하기 위해서는 일반적으로 단일 접지(single earth)를 채택한다. 이것은 앞에서 언급된 전력계통 접지와 통신계통 접지를 단일 접지(single earth) 시스템으로 묶는(connect) 것을 뜻한다. 또, 직격뢰로부터 건물을 보호하기 위해 피뢰설비(LPS; Lightning Protection System)가 설치되어 있는 경우, 피뢰설비와 건물의 철 구조물, 외부에 있는 도체(external conductive parts), 전력계통 그리고 통신계통을 본딩해야 한다.

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이것은 표준에 적용되고 있는 오늘날의 경향으로써, IEC 62305에 따르면, 등전위 본딩(EB; equi-potential bonding)은 지하 또는 대지면에서 이루어져야 하며, 본딩 도체는 bonding bar에 접속되어야 한다. 또 bonding bar는 접지단자(earth termination system)에 접속되어야 한다. 건물이 큰 경우에는 서로 연결 된 여러 개의 bonding bar가 필요할 수도 있다. 전력선과 통신선이 쉴드되어 있거나 금속관 안에 설치되어 있다면, 일반적으로 볼 때, 쉴드끼리만 서로 접속해도 충분하다. 전력선과 통신선이 쉴드되어 있지도 않고 금속관 안에 설치되어 있지도 않다면 서지프로텍터(SPDs; Surge Protective Devices)를 통해 접지에 본딩(bond)되어야 한다.

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그런데, 현지 제한 규정이나 전력회사 또는 통신회사의 정책 때문에 이러한 요구사항이 적용되지 못할 수도 있다. 또한, 통신장비회사나 통신회사가 우려하는 부분도 있는데, 통신장비의 SPD를 책임질 수도 없는, 전력계통 접지에 연결한다는 것이다.

전력선에 발생하는 사고가 통신선에 파급되리라는 우려도 있다. 사실, 통상적인 SPD가 6V~250V 범위에서 signal/data/telecommunication 선로의 통신장비를 보호하고 있는데, 이 전압은 전력계통 사고에 의해서 나타나는 전압보다 매우 낮은 값이다. 통신선로용 SPD가 수용가의 전원용 접지에 연결되어 있다면, 계통의 사고전압에 의해 통신선로용 SPD가 동작하고 signal/data/telecom 선로에 막대한 전류가 흘러 SPD와 통신설비를 망가뜨린다.

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두 시스템을 등전위로 본딩(bonding)할 수 없는 경우, 통신접지와 전력접지가 같은 구조물 안에 같이 있으므로 서지가 발생 할 때, 두 접지간의 높은 전위차 때문에, 두 접지가 더 이상 독립적일 수 없다. 이 때에는 TEC(Transient Earth Clamp; 접지전위차를 해소해주기 위한 SPD)를 설치해야 한다. 이 장치는 두 접지 사이의 전위차를 1kV(이 값은 3상 380/ 220V 계통의 사고 시 최고 전압보다 높다)까지는 유지해 주지만, 낙뢰서지가 들어올 때에는 두 접지를 본딩해주는 단락상태가 된다.

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물론, 이러한 장비는 100kA에 이르는 엄청난 낙뢰전류를 견딜 수 있어야 한다. 또, 낙뢰에 의한 전류가 SPD를 통해 흐를 때 두 접지 사이의 전압 강하가 커지지 않게 하기 위하여, 두 접지와 SPD를 연결하는 선(lead)이 길지 않아야 한다.

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그림 1. 접지간 SPD 설치방법

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가끔, 두 접지 사이에 인덕턴스를 삽입하자는 의견도 나온다. 그러나 두 계통이 물리적으로 완전히 분리되어있고 그 둘이 전혀 접촉하지 않을 때에만 가능한 이야기이다. 이것은 구축하기도 쉽지 않고 나중에 구성이 바뀔 수도 있다. 그럴 바엔 등전위를 유지하는 것이 더 낫다.

그런데, 대부분의 경우에, 접지는 공통으로 되어있다 하더라도 두 계통(전력계통과 통신계통)이 한 곳을 통해 건물에 인입되지는 않는다. 한 곳을 통해 인입되는 것이 두 네트웍 간의 damaging loop effect를 줄이는데 바람직하다. 그러나 기존 건물과 같이 이러한 조치가 곤란한 경우에는 가장 가까운 본딩포인트 사이에도 상당한 거리가 있게 되고, 이 거리는 두 점 사이에서 낙뢰 서지의 고주파수에 대해 큰 인덕턴스로 작용한다.

이렇게 두 계통에 인덕턴스가 존재하면, 통신네트워크로 갖춰진 컴퓨터나 자동화시스템처럼 전력선과 통신선이 같이 연결되는.시스템가 서지에너지에 의해 큰 손상을 입을 수 있다.

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3. 등전위로 본딩(Bonding)되어 있는 전력선이나 통신선에 서지가 유입되면?

그림2는 전력선과 전화선이 같은 접지에 접속되어 있는 전원장치를 모의(Simulation)해서 나타낸 것이다.

이 그림에서는 두 네트웍을 현장에 있는 접지(Local earth)에 등전위로 본딩하기 위해 선로의 인입구에 SPD를 설치하였다. 이 경우는 본딩 포인트가 하나로 되어 있는 이상적인 경우로써, 두 본딩 포인트가 붙어있다. 변압기에 의한 고주파 모델과 두 선로(전력선과 전화선, 각각 200m)에서의 전파(Propagation)효과를 고려한 네트웍을 구성하면 그림3과 같이 된다. 여기서, 전력선용 SPD는 IEC 61643-1의 전압제한 소자인 MOV(Metal Oxide Varistor)이며, 전화선용 SPD는 스위칭 소자인 GDT(Gas Discharge Tube)이다.

접지저항 RT는, GDT의 방전전압(Sparkover voltage) Uam과 마찬가지로, 이 검토서의 검토 대상 요소(element)가 된다. 3-Mode로 구성된 전력선용 SPD의 정격은 공칭방전전류(Nominal discharge current) 10kA, 전압제한계급 1.5kV이다.

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