전력 배전에서 공통 접지 시스템을 사용하는 데는 어떤 이점이 있으며 어떤 주의 사항을 지켜야 하나

공통 접지는 무엇인가?

공통 접지는 시스템의 기능(작업) 접지, 장비 보호 접지, 그리고 번개 보호 접지가 하나의 접지 전극 시스템을 공유하는 관행을 의미합니다. 또는 여러 전기 장치의 접지 도체가 연결되어 하나 이상의 공통 접지 전극에 연결되는 것을 의미할 수도 있습니다.

1. 공통 접지의 이점

• 더 적은 수의 접지 도체로 구성된 간단한 시스템으로 유지 및 점검이 용이해집니다.

• 여러 접지 전극을 병렬로 연결하면 개별적인 독립 접지 시스템의 총 저항보다 낮은 등가 접지 저항을 얻을 수 있습니다. 건물의 구조용 철근이나 철근을 공통 접지 전극으로 사용할 경우 그 자체적으로 저저항을 가지므로 공통 접지의 이점이 더욱 두드러집니다.

• 신뢰성 향상: 한 접지 전극이 실패하더라도 다른 전극들이 이를 보완할 수 있습니다.

• 접지 전극의 수가 줄어들어 설치 및 재료 비용이 감소합니다.

• 절연 부재로 인해 상과 케이스 간 단락이 발생할 경우 더 큰 고장 전류가 흐르게 되어 보호 장치가 빠르게 작동하게 됩니다. 또한 작업자가 고장 장비를 접촉할 때 접촉 전압을 줄입니다.

• 번개 과전압으로 인한 위험을 완화합니다.

이론적으로, 번개 유발 역방전을 방지하기 위해 번개 보호 접지는 건물 구조, 전기 장비, 그리고 그들의 접지 시스템과 충분한 거리를 유지해야 합니다. 그러나 실제 엔지니어링에서는 이는 종종 실행 불가능합니다. 건물에는 전력, 데이터, 물 등의 다양한 유틸리티 라인이 넓은 지역에 분포되어 있으며, 특히 강철 철근 구조물을 은폐된 번개 보호 도체로 사용할 때, 번개 보호 시스템을 건물 파이프, 장비 케이스, 또는 전력 시스템 접지로부터 전기적으로 격리하는 것은 거의 불가능합니다.

이런 경우, 변압기 중성점, 모든 전기 장비의 기능 및 보호 접지, 그리고 번개 보호 시스템을 동일한 접지 전극 네트워크에 연결하는 공통 접지를 권장합니다. 예를 들어, 고층 건물에서 전기 접지와 번개 보호 시스템을 통합하면 건물 내부의 철골 구조물을 이용하여 패러데이 케이지가 형성되며, 이 케이지에 연결된 모든 내부 전기 장비와 도체는 번개 유발 전위 차 및 역방전으로부터 보호됩니다.

따라서, 건물의 금속 구조물을 접지에 활용할 때, 여러 시스템의 공통 접지는 가능성이 높아지고, 전체 접지 저항이 1 Ω 미만으로 유지된다면 이점이 더해집니다.

2. 공통 접지의 주요 고려사항

접지 전류의 특성:
접지 전위 상승(GPR)의 위험성은 접지 전류의 크기, 지속 시간, 그리고 빈도에 따라 달라집니다. 예를 들어, 번개 방지기나 막대는 번개가 치는 동안 매우 높은 전류를 운반하지만, 이러한 사건은 짧고 드문 경우가 많으므로 결과적으로 GPR은 제한적인 위험을 초래합니다.

그러나 공통 접지 저항은 모든 연결된 시스템 중 가장 엄격한 요구 사항을 충족해야 하며, 이상적으로는 ≤1 Ω 이어야 합니다.

고정 접지 중성점을 가진 저전압 배전 시스템에서 공통 접지 전극은 모든 연결된 부하로부터 지속적인 누설 전류를 운반하여 순환 접지 전류를 형성할 수 있습니다. 만약 접지 저항이 안전한 한계를 넘어서면 장비와 인원 모두에게 위험이 될 수 있습니다.

또한, 컴퓨터와 민감한 전자 장비의 광범위한 사용으로 필터 접지가 종종 필요합니다. 대형 선-대지 EMI/RFI 필터는 지구에 상당한 용량성 누설 전류를 도입하여 전체 접지 전류에 기여합니다.

접지 전위 상승이 연결된 장비에 미치는 영향:
실내 소형 변전소 장치를 예로 들겠습니다. 전통적으로, 변압기 중성점, 금속 케이스, 그리고 부하 장비 케이스는 모두 공통 접지에 연결되었습니다. 한편, 번개 방지기는 방전 시 위험한 전위 상승을 피하기 위해 별도의 접지를 받았습니다.

그러나, 부하 장치에서 절연 부재로 인해 전류가 누출되면, 전체 고장 루프 전류가 공통 접지 전극을 통해 흐르게 되어 현지 접지 전위가 상승하고, 그 결과 스위치기어의 케이스 전압이 상승합니다. 이러한 조건에서 유지보수 인원이 캐비닛 문을 열 경우 감전 위험이 있습니다. 이러한 사고는 반복적으로 발생하였습니다.

결과적으로, 현대적인 방법에서는 실내 변전소에서 기능적 접지(예: 변압기 중성점)를 보호 및 번개 접지와 분리하는 경향이 있으며, 이는 설치 복잡성을 증가시킵니다.

3. 관련 표준 및 규제 (중국)

• 현재 중국 전력 산업 표준에 따르면:

• Class B 전기 설비의 경우, 공급 변압기가 Class B 장비가 포함된 건물 내에 위치하지 않고, 고압측이 접지되지 않은,彼得森线圈接地或高阻接地系统，则低压系统的功能接地可以与变压器的保护接地共用同一个接地电极，前提是接地电阻满足R ≤ 50/I (Ω)且R ≤ 4 Ω。

• 对于A类电气装置，在有效接地系统中运行时，变压器的工作接地必须位于保护接地网之外—即不允许共用接地。

• 如果配电变压器安装在包含B类电气装置的建筑物内，并且其高压侧使用低阻接地，则低压工作接地可以与保护接地共用，前提是：

• 接地电阻满足R ≤ 2000/I (Ω)，并且

• 建筑物实施了主等电位连接（MEB）系统。

• 此外，对于被分类为大接地短路电流系统的1 kV以上系统，如果能确保快速故障清除，则允许共用接地，但接地电阻必须小于1 Ω。

• A类装置中的配电变压器的保护接地可以与相关避雷器接地共用同一个接地电极。

4. 结论

实践经验表明，在公共低压配电系统中，完全分离接地系统往往难以实现，因此结合工作、保护和防雷接地的共用接地更为安全、经济、安装简单且易于维护。

为了减轻共用接地的潜在风险，工程师应：

• 充分利用建筑物的结构钢作为自然接地电极，

• 保持总接地电阻低于1 Ω，并且

• 在整个设施中实施全面的等电位连接。

这些措施有效地最小化了危险，确保了现代电气装置的安全可靠运行。