IEE 규정 전기기술자 가이드(어스)
어스(earthing)
어스 원리
어스란?
이 말의 뜻은 한 개의 비어있는 도체로서 기준(영: zero) 전위인 것이라고 생각한다. 영국에서는 이것을 ‘어스’라 하고 미국에서는 ‘그라운드’라 한다. 사람들은 보통 다소간에 땅과 접촉하는데, 서로 떨어져 있는 부분이 다른 전압으로 대전(charge)되었을 때 그것들을 만지면 감전(*{3.4})하는 것이다. 어스의 과정은 이들 모든 부분을 연결해서 땅덩어리(지구: earth)와 같게 대전되게 하는 것으로, 누전의 통로를 제공하기 위하여, 그 부분을 땅과 될 수 있는 대로 가까운 전압을 유지하고자 하는 것이다. 간단히 원리로 생각하면, 이것은 어스 하는 부분과 땅이, 보호 시스템 동작을 가능하게 하는 누설전류의 통로가 되게 만들 뿐만 아니라, 전위차를 없애고자 하는 것이다.
전기 공급 시스템을 어스와 묶는 표준적인 방법은 그 둘을 직접 연결하는 것이다. 이것은 보통 공급 변압기에서 이루어지는데, 중성도체(가끔은 삼상공급의 출발점)가 어스 전극을 사용하여, 또는 땅에 묻는 케이블의 경우 금속 덮개와 외장을 사용하여, 땅과 연결한다. 그림 1은 이러한 연결을 보여준다. 번개 도체 시스템은 반드시 어스 설치와 어스 도체보다 크지 않은 단면적의 도체로 연결해야 한다.
[그림-1] 삼상 델타(delta)/스타(star) 변압기의 어스 설계도
어스의 이점
어스는 널리 사용되지만 모든 나라에서 다 사용하지는 않는다
비용이 많이 들지만 어떤 이점이 있다. 사실 이점은 두 가지이다. 그것은
- 전체 전기 시스템이 대체적인 땅덩어리 전위로 묶여서 전위가 다른 전위로 떠있지 않게 할 수 있다. 예를 들면 전기 공급에서, 중성을 정확하게 또는 거의 영 전위(땅 전위)로 확보할 수 있어서, 전기 공급의 상 도체가 땅과 규정의 전위 차(우리나라에서는 220V)를 갖게 한다.
- 땅을 전기가 흐르지 않는 금속 도체(부외 도체나 노출된 도체)와 연결하여 보호 도체로 사용하여, 검출하고 차단해야 하는 누설전류의 경로를 제공한다. 이러한 누설전류의 경로를 그림 2에 보였다.
[그림-2] 누설전류의 경로
어스의 단점
- 단가: 완전한 보호 도체, 어스 전극 등을 갖추는 것이 비싸다.
- 안전 위험의 가능성: 완전한 절연은 아래 그림 3(a)에서 보듯이 사람이 감전될 회로가 구성되지 않아 쇼크를 방지할 수 있다는 논쟁이 있었다. 이러한 접근은 그러나 어스 누설저항의 존재(불완전한 절연으로 인한)와 상과 어스 간의 캐패시턴스(절연은 유전율을 가진다)를 무시한 것이다. 절연저항과 어스 용량 리액턴스는 심각한 쇼크 전류를 허용할 만큼 충분히 낮다[그림 3(b)].
[그림-3] 어스 안된 시스템의 위험