표준 SH/T3081-2019를 통해 본 계측기 접지의 원리와 목적

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SH/T3081-2019 《석유화학 계측기 접지 설계 규범》은 계측기 및 제어 시스템의 접지에 대해 무엇을 해야 하고 어떻게 해야 하는지를 상세히 규정하고 있다. 표준 규범의 요구사항에 따라 문장과 용어를 사용해야 하므로, 규범 내 조항들의 이유와 배경을 설명할 수 없어 읽을 때 지루할 뿐만 아니라 때로는 이해하기도 어렵다.이 글은 9가지 측면에서 계측기 접지의 원리와 목적에 대해 중점적으로 논의하였으며, 관련 규격의 보충 자료로 독자들의 참고에 활용될 수 있습니다. 계측기 접지 yunrun.com.cn/tech/3336.html
접지의 목적
계측기 및 제어 시스템을 접지하는 데에는 주로 두 가지 목적이 있습니다. 첫째는 인체의 안전과 전기 장비의 안정적인 작동을 보호하는 것입니다. 여기에는 보호 접지, 본질적 안전 시스템용 접지, 정전기 방지용 접지, 낙뢰 방지용 접지 등이 포함되며, 이를 안전 접지 또는 보호 접지라고 합니다；둘째는 신호 전송과 간섭 줄이기를 위한 접지로, 작동 접지 또는 참조 접지라고 합니다.이 두 가지 접지의 목적은 다르며, 접지 연결 방법도 서로 다르지만, 둘은 서로 관련이 있어서 완전히 분리할 수는 없습니다. 계측기 및 제어 시스템의 안전 접지 또는 보호 접지, 본문에서는 보호 접지라고 함은 계측기의 전력 사용에 필요한 접지입니다.계측기에 사용되는 전력은 산업용 또는 가정용 220V 교류전력입니다. 따라서 계측기 관련 보호 접지도 전기 공학 분야의 보호 접지와 마찬가지로, 전기 저전압 공급 및 배전 시스템의 접지에 해당합니다. 그러므로 전기 공학 분야의 관련 표준, 규격, 방법에 따라 처리해야 하며, 전기 공학 분야의 저전압 공급 및 배전 시스템의 접지 장치에 연결되어야 합니다. 보호 접지는 전기 저전압 공급 및 배전 시스템의 공급 형태와 관련이 있으며, 다양한 형태가 존재합니다.계측 및 제어 시스템의 교류 전력 특성에 따라, 일반적으로 TNS 방식이 사용됩니다. 이 방식은 별도의 접지선인 PE(보호 접지선)를 가지고 있어, 보다 안전한 전력 공급 방식입니다. TNS 전력 공급 방식은 그림 1에 나와 있습니다.계측기 보호 접지와 전기 공학 부서에서 사용되는 PE선은 동일한 종류의 접지이며, 중복 접지에 해당합니다. 그림 1 TN-S 연결도: 계측기 및 제어 시스템의 작동 접지 또는 기준 접지로, 본문에서는 작동 접지라고 합니다. 이는 직류 전원 시스템의 접지나 공통점 접지에 해당하며, 전압의 공통 기준점을 연결하는 것입니다. 반드시 실제로 지면에 접지될 필요는 없습니다.서로 다른 문헌들에서는 계측기의 작동 접지에 대해 다른 용어와 정의, 분류를 사용하지만, 그 본질은 동일합니다. 접지의 역할 1. 보호 접지의 역할은 세 가지가 있습니다: ①전기 장비에 지면과 유사한 전위를 형성하여, 전기 장비의 절연이 손상되어 누전이 발생하더라도, 지면에 서서 해당 장비의 금속 부품에 접촉하는 사람에게 치명적인 전압이 가해지는 것을 방지합니다； ②누설 전류 회로가 형성되어 누설 보호 장치가 작동하게 되며, 이를 통해 보호 기능을 수행합니다； ③서지 전류의 방전에 사용되며, 서지 전류는 전원에서 발생할 수도 있고 번개로 인해 발생할 수도 있습니다. 2. 작업 접지의 역할은 세 가지가 있습니다: ① 직류 전력 장비에 전력 회로의 기준점을 제공하며, 공용 버스바를 활용한 전력 회로 방식을 사용하면 배선을 줄일 수 있습니다. ②전자 회로에 기준점을 제공하여 동작 회로를 형성하거나 노이즈를 제거합니다. ③차폐층을 접지시켜 파라데이 케이지를 형성함으로써, 정전기와 전기장 또는 특정 범위의 전자기장을 차단하는 역할을 합니다. 접지 원리 물리학과 전기학의 용어인 “전압”이란 두 지점 사이의, 혹은 한 지점과 특정 기준점 사이의 전위를 의미합니다. 기준점에 따라 전압 값은 달라질 수 있습니다.전류는 한 지점에서 전류 경로를 통해 다른 지점으로 흐릅니다. 전력을 공급하거나 사용하는 회로에서는 전류가 다시 전류원으로 돌아가므로, 반드시 전류 회로가 형성됩니다.하지만 정전기학과 전기장의 경우는 다릅니다. 전류는 축적된 정전하가 절연체를 뚫고 갑자기 흐르는 결과이며, 전류 회로가 존재하지 않습니다. 마찰에 의한 발전과 방전, 건조한 계절에 물체에서 일어나는 정전기 방전, 그리고 낙뢰 방전이 그 예입니다. 상술한 전압 및 전류 회로의 원리와 작용에 따라, 일반적으로 지구를 기준점으로 삼아 상대적으로 안정된 전위를 가진다.대지가 회로의 기준점을 제공하거나, 전기 회로를 형성하거나, 이상 전류를 방전하는 데 사용되므로, 원칙적으로 분산 접지와 공용 접지 양쪽을 모두 사용할 수 있다.하지만 분산된 접지점이나 분산 접지 시스템들 사이의 전압이나 전류를 줄이기 위해서는 공용 접지를 사용하는 것이 더 안전하고 신뢰성 있는 방법입니다. 이렇게 하면 서로 다른 기준점들이 줄어들 뿐만 아니라, 우수한 (저임피던스의) 전류 경로와 이상 전류가 배출될 수 있는 경로도 형성되어, 전자 장비의 안전한 작동을 보장하고 전자 장비에 가해지는 간섭을 줄이거나 제거할 수 있습니다. 일부 특정한 조건에서는 지면을 기준점으로 삼기가 어려운 경우가 있습니다. 예를 들어, 이동식 장치의 경우 해당 장치나 시스템의 공용 전기 연결점을 접지점으로 사용함으로써, 이동식 장치의 전기 시스템을 독립적인 체계로 만들 수 있으며, 그 효과는 동일합니다.이와 같이 지면과 직접 연결되지 않는 “접지”를 “접지 연결”이라고 하며, 일부 문헌에서는 “접지 연결”이라고도 합니다. 양측 모두 자신의 용어를 고수하여 논쟁이 계속되고 있지만, 기본적인 의미는 접지가 필요한 장비나 계기, 전기가 흐를 수 있는 금속체, 크고 고립된 금속체들을 도체를 통해 서로 연결하여 이러한 물체들의 전위를 거의 동일하게 만드는 것입니다. 그래서 이를 등전위 연결 또는 등전위 연합이라고도 합니다.물론, 이러한 “접지”는 지구에 연결하지 않아도 되며, 지구에 연결할 수도 있습니다. 접지 분류: 계측기 및 제어 시스템의 접지는 접지 기능에 따라 분류할 수도 있고, 접지 역할에 따라 분류할 수도 있으며, 명확한 기준은 없다. 일부 접지는 이러한 종류의 접지에 속할 수도 있고, 다른 종류의 접지에 속할 수도 있는데, 문헌에 따라 분류가 다릅니다.새로 개정된 SH/T 3081「석유화학 계측기 접지 설계 규범」에서는 접지를 보호 접지, 작동 접지, 본질적 안전 시스템 접지, 차폐 접지, 정전기 방지 접지, 낙뢰 방지 접지 등으로 구분합니다. 1. 보호 접지: 보호 접지는 인체의 안전과 전기 장비의 안전을 위해 설치되는 접지 방식입니다. 계측기 및 제어 시스템의 외부 도전 부분은 정상적인 상태에서는 전기가 흐르지 않지만, 고장이나 손상, 혹은 비정상적인 상황에서는 위험한 전압이 발생할 수 있습니다. 이러한 장비들에는 반드시 보호 접지가 적용되어야 합니다. 안전 전압 이하의 전압으로 작동하는 계측기의 경우, 보호 접지를 할 필요는 없지만, 안전 전압보다 높은 전압을 사용하는 전기 장비와 접촉할 가능성이 있는 경우는 예외입니다.안전 전압이란 인체에 위험을 주지 않는 전압 값을 말합니다. 다른 **나 시기의 규정에 따라 안전 전압 값은 달라지며, 환경 조건, 인체 상태, 작업 환경, 주파수에 따라 사람에게 해를 끼칠 수 있는 접촉 전압과 접촉 전류도 달라질 수 있습니다.중국은 과거에 안전 전압을 36V로 규정했으며, 이후 다양한 작업 환경에 맞는 각기 다른 안전 전압을 정하였습니다.GB/T3805-2008 《특별 저전압(ELV) 기준》은 다양한 환경 조건과 다양한 고장 상황에서도 인체에 해를 끼치지 않는 전압 값을 규정하고 있습니다. 전기 기기가 이미 자연적으로 접지되어 있을 경우, 중복 접지할 필요가 없습니다.예를 들어, 접지된 금속 계기판, 상자, 캐비닛, 프레임에 설치되어 그와 전기적으로 잘 접촉하는 계기의 경우, 보호 접지를 할 필요가 없습니다. 2. 작동 접지 본문에서의 작동 접지는 계측기 및 제어 시스템의 작동 접지를 의미하며, 계측기 신호 회로 접지와 직류 전원 기준점 접지를 포함합니다.계측 및 제어 시스템의 신호는 직류 표준 신호 또는 저주파 통신 신호입니다；네트워크 통신 신호와 반송파 신호는 별개로 다룬다. 비절연 신호는 일반적으로 직류 전원의 음극을 기준점으로 하여 접지되며, 일반적인 아날로그 계측기의 신호 분배도 이를 기준점으로 합니다. 절연 신호의 회로는 다른 회로들과 절연되어 있으며, 지면과도 절연되어 있기 때문에 지면에 연결할 필요가 없습니다. 절연 신호의 본질: ① 회로 시스템은 띄워져 있어 접지 기준점과 어떠한 전기적 연결도 없으며, 회로의 대지 전압은 불확실하다； ②전원 시스템은 또 다른 접지 시스템입니다；절연 회로 양단의 2개 접지 시스템 간의 전위차는 불확실하며, 접지 시스템의 조건과 환경에 따라 변화합니다. 3. 본안 시스템 접지: 절연형 세이프가드를 사용하는 본질적으로 안전한 시스템으로, 입력단과 출력단이 분리되어 있어 전류가 흐를 수 있는 경로가 없으므로 별도의 접지가 필요하지 않습니다；지나형 안전 게이트를 활용한 본질적 안전 시스템에서는 입력단과 출력단이 회로로 연결되어 있습니다. 현장 단에서의 과전압을 제한하기 위해서는 기준점과의 접지 연결 시스템을 마련해야 합니다.지나형 안전 게이트의 본질적인 안전 시스템 접지와 계측 신호 회로의 접지는 분리되어서는 안 되며, 실제로도 분리할 수 없습니다. 4. 차폐 접지: 패러데이 케이지 원리에 따라, 금속 차폐체는 효과적으로 기능하기 위해 반드시 접지되어야 합니다.차폐 접지에는 회선 차폐와 장비 차폐의 두 가지가 있으며, 차폐의 본질은 회선이나 장비를 외부 환경으로부터 보호하는 것이므로 보호적 성격을 가집니다. 차폐의 역할은 정전기, 외부 전기장 또는 일부 전자기장이 차폐 대상에 미치는 간섭을 줄이는 것이므로, 전기적 안전성을 위한 보호 접지도 아니며 계측 시스템 내부 회로의 작동에 필요한 접지도 아닙니다. 일반적으로 차폐층의 정전기 방출과 전계 소용돌이에 의한 전류는 비교적 작으므로, 차폐 접지는 보호 접지에 연결될 수도 있고 작업 접지에 연결될 수도 있습니다. 신호 차폐 케이블의 차폐층을 단단자로 접지하는 것은, 서로 다른 위치에 있는 접지 전위가 차폐층에서 발생시키는 전류가 신호 핵선에 간섭하는 것을 방지하기 위함입니다.공사 시공의 편의성을 위해 차폐 효과에 영향을 주지 않도록, 신호 차폐 케이블의 차폐층은 일반적으로 제어실의 계기 쪽에서 접지됩니다. 번개 방호 응용 분야에서 차폐 접지는 번개 전류를 방출하는 역할을 하므로, 보호 접지에 연결하는 것이 더 적절합니다.일부 경우에는 외부 전자기장이 생성하는 차폐 전류를 이용해 간섭을 줄이기도 하는데, 이러한 원격 접지 순환 방식을 사용할 때는 차폐층의 양단을 접지해야 합니다. 이 모순을 해결하는 방법은 두 가지가 있습니다. 하나는 단일 층의 차폐층을 사용하는 것으로, 차폐층의 한쪽 끝은 직접 지면에 연결되고, 다른 쪽 끝은 커패시터를 통해 지면에 연결됩니다；둘째는 이중 차폐 방식을 사용하는 것으로, 내부 차폐층은 한쪽 끝만 접지하고 외부 차폐층은 양쪽 끝을 접지합니다. 외부 차폐층은 금속 보호관이나 금속 케이블 홈 등을 활용할 수 있으며, 반드시 케이블의 차폐층일 필요는 없습니다.따라서, 계측용 케이블의 금속 보호관과 금속 케이블 트레이는 양 끝에 보호 접지가 이루어져야 하며, 길이가 긴 보호관이나 케이블 트레이의 경우에는 일정한 간격마다 반복적으로 접지를 해주어야 합니다；동일한 계기 신호용의 강철 외피 케이블의 금속 외피 보호층도 양단을 보호 접지에 연결해야 합니다. 차폐층 전류는 전기적 안전성에 영향을 미치는 전류가 아니며, 일부 공학적 관행상 종종 계측기의 작동 접지와 연결되기도 하므로, 이것이 바로 차폐 접지 공사 시 발생하는 불확실성입니다. 현장 계측기의 접지는 주로 금속 외관을 이용해 간단한 차폐 효과를 얻기 위한 것이며, 계측기 내부의 회로는 접지되어 있지 않습니다. 일부 문헌에서 계측기 내부 회로의 접지를 분석의 전제로 삼는 주장은 근거가 없습니다. 5. 정전기 방지 접지: 전자장비가 정전기로 인해 손상되는 것을 막는 주요 방법은 정전기가 축적되는 것을 방지하고, 그 에너지를 외부로 배출할 수 있는 전도성 연결을 구축하는 것입니다.일반적으로 DCS, PLC, SIS, PC와 같은 장비가 설치된 제어실과 캐비닛실, 그리고 공정 제어 컴퓨터가 있는 방에서는 정전기 방지 조치가 필요합니다. 이러한 공간의 정전기를 유도하는 바닥, 금속제 이동식 바닥, 작업대, 캐비닛 등은 반드시 접지 처리되어야 합니다. 정전기의 축적과 방전은 공기의 습도와 밀접한 관련이 있습니다. 정전기를 방전시키는 것은 비교적 쉬우며, 지면으로의 방전 저항이 100Ω 미만이면 좋은 효과를 얻을 수 있습니다. 따라서 이미 보호 접지나 작업 접지가 되어 있는 계측기나 장비의 경우, 별도로 정전기 방지용 접지를 할 필요는 없습니다. 최근의 DCS, PLC, SIS, PC와 같은 제어 장비들은 정전기 방지 기능과, 전압이나 전류의 충격을 막아주는 커넥터가 내장되어 있어 정전기로 인한 손상을 효과적으로 방지할 수 있습니다. 따라서 외부 환경에서의 정전기 보호에 대한 요구도 그다지 엄격할 필요가 없습니다. 6. 낙뢰 방지 접지: 낙뢰 방지 접지의 역할은 낙뢰 전류를 지면으로 배출시키는 것입니다. 낙뢰 전류에는 직접적으로 낙뢰가 발생할 때 생기는 전류와, 낙뢰로 인한 전자기 유도로 인해 발생하는 서지 전류가 있습니다.번개 전류의 세기가 매우 높아, 유도로 발생하는 서지 전류조차도 10여 암페어에서 수백 암페어에 달하는 크기를 가집니다. 하지만 번개 전류의 지속 시간은 매우 짧기 때문에, 본질적으로는 고주파의 강한 전류 펄스입니다.번개에 의한 서지 전류를 방전시키기 위해서는 가능한 한 짧은 방전 경로와 가능한 한 낮은 회로 임피던스가 필요합니다.대부분의 계측기 회로는 탁 트인 지역이나 번개에 쉽게 감전될 수 있는 곳에 직접 노출되어 있지 않기 때문에, 계측기에 해를 끼치는 대부분의 번개 전류는 직격 번개 전류가 아닌 서지 전류입니다. 방전 접지 시에는 낙뢰 서지 전류가 흐르는 경로상에서 발생하는 전위차와 접지 전위의 역방향 전압에 주의해야 합니다.계측 및 제어 시스템의 방전 접지에는 서지 전류 방출과 관련된 고려사항과 방법들이 있으며, 전기 전문 분야의 접지 시스템과 접지 장치를 공유해야 합니다. 접지 규격 SH/T3081-2019 《석유화학 계측기 접지 설계 규격》은 보호 접지, 작동 접지, 본질적 안전 시스템 접지, 차폐 접지, 정전기 방지 접지 등의 구체적인 방법과 세부 사항을 규정하고 있습니다. SH/T3164-2012 《석유화학 계측기 시스템의 낙뢰 방지 설계 규범》은 계측기의 낙뢰 방지 공사에 있어서의 접지 방법을 규정하고 있다.이 규격의 계측기 시스템 접지 설계는 계측기 낙뢰 방지 공사를 위한 것으로, 《석유화학 계측기 접지 설계 규격》을 보완하고 확장한 것입니다.「석유화학 계측기 시스템의 낙뢰 방지 설계 규범」에 따라 구축된 접지 시스템은 「석유화학 계측기 접지 설계 규범」에서 명시한 접지 기능을 충분히 수행할 수 있으며, 여기에 규정된 접지 방법은 「석유화학 계측기 접지 설계 규범」에 명시된 접지 방법을 완전히 대체할 수 있다. 접지의 간섭 방지 효과 1. 신호의 간섭 원인 계측기 신호의 간섭에는 차분 모드 간섭과 공통 모드 간섭이 있으며, 이로 인해 신호가 왜곡되거나 오류가 발생할 수 있습니다.차분 모드 간섭은 신호선들 사이에 직접 작용하는 전압이나 전류이며, 공통 모드 간섭은 신호선과 공통 기준점 사이, 또는 신호선과 접지선 사이의 전압이나 전류입니다. 간섭 전압이나 전류의 성질에는 직류, 교류, 펄스, 불규칙한 형태 등이 있습니다. 신호의 간섭 주요 원인으로는 전기장(정전기)과 전자기장이 있으며, 전자기장에는 고주파와 저주파가 있다.간섭 작용의 원리는 전기장 유도 및 전자기장 유도입니다. 계측기에 발생하는 간섭을 방지하거나 줄이는 주요 방법은 차폐와, 역방향 전자기장을 이용해 간섭 전자기장을 상쇄하고 약화시키는 것입니다.예: 차동 케이블, 외부 차폐형 다점 접지 등. 사고 및 이상한 간섭의 원인은 보통 회로의 단락이나 개방으로 인해 발생하는 신호 오류나 계측기 손상 때문입니다. 2. 접지의 간섭 방지 효과 차폐 효과: 차폐는 간섭을 방지하는 효과적인 수단 중 하나로, 간섭의 원천에 따라 전기장 차폐, 자기장 차폐, 전자기장 차폐로 나눌 수 있다.계측기의 작업 환경에서 세 가지 상황이 모두 존재하기 때문에, 차폐는 종합적으로 고려되어야 한다. 전기장 차폐의 원리는 도체를 이용해 차폐체를 만들어 접지된 상태에서 정전기 평형을 실현함으로써, 전기장과 저주파 전자기장의 간섭원인 커패시티브 결합을 제거하여 전기장 차폐를 달성하는 것입니다. 자기장 차단이란 외부의 정지 자기장과 저주파 전류가 생성하는 자기장이 보호해야 할 영역으로 들어오는 것을 막는 것으로, 반드시 자성 물질로 된 외장이 필요합니다. 외장이 두꺼울수록 자기유도율이 높아져 차단 효과도 더 좋아집니다.철 재료의 자기유도율은 매우 높아, 다른 자기유도율이 낮은 재료들에 비해 차폐 효과가 훨씬 우수합니다. 전자기장 차폐도 도체로 만들어진 차폐체를 사용하며, 전자기 유도 현상을 이용해 차폐체 표면에 전자속을 발생시켜 그에 의해 생기는 반대 방향의 자기장으로 원래의 간섭 자기장을 상쇄하거나 약화시켜 차폐 효과를 얻습니다.일반적인 탄소강과 철 재료는 매우 높은 전도도와 자기전도도를 가지고 있어, 우수한 전기장 차단, 자기장 차단, 전자기장 차단 효과를 나타냅니다. 차폐체의 접지는 차폐 효과를 실현하는 중요한 조건 중 하나입니다. 3. 유도 효과: 차폐체의 접지를 통해 정전하가 지면으로 유도되어, 전기장이 차폐체의 금속 표면에서 멈추게 됩니다. 이로써 정전 평형이 이루어지고, 즉 전기장 차폐가 실현됩니다.서지 전류가 신호선을 따라 흐를 때, 교류전기의 피부효과로 인해 일부 서지 전류는 차폐층의 접지를 통해 방출되고, 나머지 서지 전류는 서지 보호 장치의 분로 작용에 의해 지면으로 방출됩니다. 이것이 바로 접지 시스템의 전류 유도 기능입니다. 접지 방식 1. 개요 접지 방식에는 단일점 접지, 다중점 중복 접지 등이 있으며, 원리적으로 두 가지 접지 방식 모두 다양한 접지 요구사항을 충족시킬 수 있다. 하지만 실제 공사에서의 접지 효과는 지역의 크기, 접지 회로의 길이, 이상 전류나 간섭 전류의 성질에 따라 차이가 생긴다. 직류 신호, 저주파 신호, 직류 전원 공급, 산업 및 민간 건물의 전력 공급, 산업 장비의 전력 공급, 전력 공급 관련 사고, 낙뢰 등은 모두 접지선이나 접지점에서 전류를 발생시킬 수 있습니다. 하지만 전자 장치 내의 부품들, 버스, 그리고 통신 장치들의 작동 주파수는 정상적인 상황이든 비정상적인 상황이든 지구 전류의 주파수와는 다릅니다. 예를 들어, 컴퓨터의 작동 주파수는 수 GHz에 달하지만, 칩과 회로판은 반드시 지구와 연결될 필요가 없으며, 단지 해당 회로의 상대적인 전위 기준점 역할만을 합니다.실제로 접지되는 것은 전력 공급 및 배전용 접지, 즉 보호 접지이거나, 직류 및 저주파 신호에 필요한 접지입니다. 2. 단일 지점 접지: 계측기 및 제어 시스템의 신호는 직류 신호나 저주파 신호로, 주파수가 10kHz 미만입니다. 서로 다른 접지점에서 발생하는 전위 차이가 신호에 간섭을 일으키는 것을 방지하고, 회로 내의 분포용량으로 인한 영향을 없애기 위해, 계측기의 작동용 접지는 보통 단일 지점 접지 방식을 사용합니다. 또한 신호 회로에서는 접지 회로가 생기지 않도록 해야 합니다.계측기의 단일 접지 방식은 그림 2에 나타나 있으며, 신호원과 수신 계측기가 각각 접지되는 방식은 그림 3에 나타나 있습니다. 그림 2 계측기 단일 접지 방식의 개요 (참고: U=US)；U는 계측기가 수신하는 신호입니다；USμ 신호원 출력 신호) http://yunrun.com.cn/upload/202009/16/202009160006151804.png 그림 3 신호원과 수신 계측기의 각각 접지 상태 예시 (참고: U＝US＋Ug；Ug는 서로 다른 접지점들 사이의 지전위차입니다. 그림 2와 그림 3에서 알 수 있듯이, 신호원과 수신 장비가 각각 접지되어 있으면, 서로 다른 접지점들 사이에 Ug라는 지전위차가 발생합니다.지전위가 신호에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해, 신호는 지면을 통해 회로를 형성해서는 안 됩니다.만약 한 회로상의 신호원과 수신 장비가 모두 접지될 수밖에 없는 상황이라면, 접지 전위차 Ug의 영향을 없애기 위해 아이솔레이터를 사용하여 두 지점을 분리해 주어야 합니다. 아이솔레이터를 이용한 두 지점의 분리 방식은 그림 4에 나와 있습니다. http://yunrun.com.cn/upload/202009/16/202009160021071447.png 그림 4 절연기를 이용한 두 지점의 접지 분리 예시 단일 접지 시스템에서는 일반적으로 모든 접지선을 하나의 집합판, 즉 접지점에 모은 다음, 이 접지점을 접지망과 연결합니다. 집합판의 접지 방식은 그림 5에 나와 있으며, 그림에서 점선은 접지선을 나타냅니다. http://yunrun.com.cn/upload/202009/16/202009160025450354.png 그림 5: 집중 접지 방식의 개요 3. 다점 접지 다점 접지는 중복 접지라고도 하며, 동일한 장비나 회로에서 발생하는 이상 상황으로 인한 대전류를 배출하는 데 사용됩니다. 또한, 넓은 면적을 가진 전도성 장비의 안전을 위한 등전위 연결에도 활용됩니다. 주로 전력 공급 및 낙뢰 방지를 위한 접지에 사용됩니다.단일한 소형 장치의 경우, 노출된 전도 면적이 작고 이상 전류 경로나 접지 연결선의 길이도 짧아 전위차가 발생하지 않으므로 접지선 1개만으로 충분합니다.하지만 대형 장비나 긴 장비의 경우, 일정한 간격마다 접지를 해주어야 합니다. 즉, 반복적으로 접지를 하는 것이죠. 예를 들어 케이블 트레이의 접지가 그에 해당합니다. 4. 접지 네트워크: 전도성이 우수한 접지 네트워크의 경우, 계측 장비가 있는 구역에 고출력 전기 장비로 인한 단락이 없다면 이를 하나의 접지 평면으로 간주할 수 있습니다. 해당 구역 내의 모든 종류의 접지는 이 접지 네트워크에 연결될 수 있으며, 이를 통해 훌륭한 접지 효과를 얻을 수 있습니다. 또한 이 방식은 간단하고 실용적입니다. 이것이 바로 네트워크형 접지 방식입니다. 접지 방안 1. 별형 접지 별형 접지 방식은 지역 범위가 비교적 작은 곳의 접지에 자주 사용되며, 제어실이나 캐비닛실 등의 접지에 쓰이는 전형적인 단일점 접지 방식입니다.별형 접지는 그림 6에 나타나 있습니다. http://yunrun.com.cn/upload/202009/15/202009151740504771.png 그림 6 별형 접지 개요 별형 접지 방식의 공사 시에는 두 가지 통합 과정이 있습니다: ① 동일한 유형의 접지들을 서로 연결하는 것입니다.계측기 보호 접지선은 보호 접지 집중판으로 모아집니다；계측기의 작업 접지선들은 작업 접지 집중판에 모아집니다. 계측기의 접지선이 많은 경우에는 각각 따로 모은 뒤 다시 중앙에서 통합하는 방식을 사용할 수 있습니다. ②서로 다른 버스를 하나로 모은다.예를 들어, 작업 접지 집합판과 보호 접지 집합판을 총접지판에 연결한 다음, 접지 장치에 연결합니다. 별형 접지 또는 별형-망형 복합 접지 형태를 채택한 별형 부분에서는, 작업 접지는 작업 접지 집중판에 연결되기 전까지는 보호 접지와 혼합되어서는 안 된다.작업 접지용 연선, 즉 각종 접지선, 접지 본선, 접지 버스바 등은 총접지판에 연결되기 전까지는 정상적인 연결 지점을 제외하고는 모두 절연 상태여야 합니다.이 규정은 충분한 증거와 근거가 없음에도 불구하고, 주로 공사 중의 오류로 인해 발생하는 비정상적인 전류 회로가 초래할 부정적인 영향을 방지하기 위한 것입니다. 2. 그물형 접지: 그물형 접지 방식은 부분적인 접지망과 유사하며, 우수한 접지 효과를 가집니다. 다양한 지역과 접지 요구 사항에 적합하며, 단일점 접지 시스템이나 다중점 접지 시스템에도 사용될 수 있습니다. 단점은 비용이 다소 높다는 것입니다.망형 접지는 그림 7에 나타나 있습니다. http://yunrun.com.cn/upload/202009/15/202009151815316806.png 그림 7 네트워크형 접지 방식의 개요. 네트워크형 접지 배선은 여러 개의 접지 회로를 통해 접지 장치에 연결되며, 이는 더 많은 분류 경로를 제공하여 접지 효율을 높이기 위한 것입니다. 특히 접지 전류가 큰 경우에 유용하며, 동시에 계측기의 번개로 인한 과전압도 원활하게 방출될 수 있습니다.《석유화학 계측 시스템 낙뢰 방지 설계 규범》은 이 접지 연결 방법을 채택하고 있습니다. 제어실의 계측기 시스템 방전 접지는 망형 접지를 채택해야 하며, 캐비닛 아래에 망형 접지 배선을 설치해야 한다.랙 내의 다양한 버스바는 랙 아래에 있는 그물형 접지바에 직접 연결될 수 있어, 더 짧은 접지 경로를 실현할 수 있습니다.동시에 접지선은 가능한 한 짧아야 하며, 구부러지지 않도록 배치해야 합니다.그물형 접지바는 두께×폭이 4mm×40mm인 구리판, 열아연 도금 평강철 또는 스테인리스를 사용할 수 있으며, 모든 등전위 연결 용도에 적합합니다. 3. 별형-망형 복합 접지 별형-망형 복합 접지 방식은 그림 8에 나타나 있습니다. http://yunrun.com.cn/upload/202009/15/202009152345102050.png 그림 8: 별형-그물형 복합 접지 방식의 개요
접지 원칙
1. 공용 접지 장치의 사용
《석유화학 계측 시스템의 접지 설계 규범》에 따르면, 계측 및 제어 시스템의 접지는 전기 분야의 저전압 공급 및 배전 시스템의 접지와 통합되어야 합니다. 또한, 계측 및 제어 시스템의 보호 접지, 작동 접지, 본질적 안전 시스템의 접지, 차폐 접지, 정전기 방지 접지, 낙뢰 방지 접지 등도 모두 공용 접지 장치를 통해 처리됩니다. 공용 접지 장치를 사용하는 것은 전기 접지 시스템과 계측 및 제어 시스템의 접지에 있어서의 합의 사항입니다. 국내외의 현행 표준 규정들도 대체로 공용 접지 장치를 사용해야 한다고 규정하고 있습니다. 특히 GB 50057-210「건축물 낙뢰 방지 설계 규범」에서는 낙뢰로 인한 영향을 방지하기 위한 접지 장치는 전기 장비의 접지 장치와 함께 사용되어야 한다고 명시하고 있습니다. 계측기의 작동 원리와 전자 회로의 설계에 따르면, 계측기 회로는 접지 저항에 대해 특별한 요구사항이 없습니다. 계측기의 보호용 접지, 작동용 접지, 본질적 안전을 위한 접지, 차폐용 접지, 정전기 방지용 접지, 그리고 낙뢰 방지용 접지 등 어떤 경우든 전기 관련 규정을 준수해야 하므로, 접지 저항에 대해 특별한 요구를 하는 것은 타당하지 않습니다.관련 문헌을 철저히 조사해 보았지만, 계측기, 통신 장비, 전자제품, 컴퓨터와 같은 전자장비의 접지 저항에 대한 특별한 요구 사항에 관한 원리나 근거는 찾아볼 수 없었습니다. 2. 등전위 연결: 계측기의 정상적인 작동을 방해하거나 과전압으로 인해 계측기가 손상되는 원인은 주로 회로 단락, 접지 전위의 영향, 서지 전류 등입니다. 우수한 접지 회로의 전도성과 등전위 연결, 그리고 공용 접지 장치를 활용하면 위와 같은 문제들을 효과적으로 해결할 수 있습니다. 계측기 보호 접지와 계측기 작동 접지의 역할을 요약하면, 첫째는 회로 내에서 발생하는 지전류로 인한 전위차를 줄이는 것입니다；둘째는 공공 기준 전위를 설정하는 것입니다.등전위 연결은 이 두 가지 목적을 효과적으로 달성해줍니다. 별형 접지를 사용할 수도 있고, 망형 접지를 사용할 수도 있는데, 망형 접지의 효과가 더 좋으며 더 간편합니다；단, 캐비닛을 직렬로 연결하거나 계측기를 직렬로 연결하는 방식으로 접지해서는 안 됩니다. 3. 접지 저항: 동전위 연결 방식과 공용 접지 장치를 사용하기 때문에, 계측기 및 제어 시스템의 접지 저항은 전기 저전압 공급 및 배전 시스템의 접지 장치의 접지 저항과 같습니다.저전압 공급 및 배전 시스템의 접지 저항은 감전이 발생할 수 있는 상황과 인체 안전 등을 고려하여 산출되고 규정됩니다. 중국의 전기 관련 표준에 따르면, 일반적인 경우의 접지 저항은 4Ω를 초과해서는 안 됩니다. 접지 장치의 접지 저항의 정의 값은, 접지 장치의 대지에 대한 전압과 접지극을 통해 지구로 흐르는 전류의 비율과 같습니다.중국의 산업용 및 가정용 교류 전압의 주파수는 50Hz이므로, 접지 저항을 측정할 때도 50Hz의 교류 전압을 사용해야 합니다. 따라서 접지극을 통과하는 공진주파수 교류 전류를 이용하여 측정하고 계산된 저항을 공진주파수 접지 저항이라고 합니다. 계측기 접지 원리와 그 역할에 따르면, 우수한 등전위 연결이 접지 저항값보다 더 중요하다.ISARP12.6 《위험한 장소의 계측기 접지 적용 제1부: 본질적 안전성》에서는 접지 회로의 연결 저항이 1Ω 미만이어야 한다고 규정하고 있으며, 접지 저항의 값 자체를 규정하는 것은 아닙니다. 이 두 가지는 서로 다른 개념이므로 혼동해서는 안 됩니다.ISARP12.6에 규정된 접지 방법에서는, 접지 경로(Grounding path)의 저항을 측정하기 위해 한 개의 와이어를 분리한 상태에서 회로 저항을 측정하는 방식을 사용하도록 하여, 지구에 대한 저항(Earthing)을 측정하는 것이 아닌 두 개의 접지 와이어를 반복적으로 연결하는 방식이 제안되었습니다. 위에서 살펴본 바와 같이, 계측기의 보호용 접지든 계측기의 작동용 접지든, 접지 저항에 대한 특별한 요구사항은 없습니다. 계측기 신호 회로의 접지 저항에 관해 명확히 규정하거나 제시하는 논문이나 자료들도 그 이유를 명확히 설명하지 않고 있으므로, 그러한 규정이나 요구사항의 근거도 없습니다. 계측기 및 제어 시스템의 접지 목적과 원리에 따라, 계측기 보호 접지와 작업 접지는 모두 전기의 저전압 공급 및 배전 시스템과 동일한 접지 장치를 공유해야 합니다. 이는 이미 전문 기술자들 사이의 공통된 인식이며, 수년간의 엔지니어링 실무를 통해 충분히 입증되었습니다. 계측기 보호 접지와 작업 접지의 역할은 공통 기준 전위를 형성하고 회로 내에서 발생하는 접지 전류로 인한 전위차를 줄이는 것입니다. 등전위 연결은 이 두 가지 목적을 효과적으로 달성해 줍니다. 접지의 기본 원리에 따라, 일반적으로 지구를 기준점으로 삼아 상대적으로 안정된 전위를 가집니다.일부 특정한 조건에서는 대지를 기준점으로 사용하기 어려운 경우가 있으며, 이때는 장비나 시스템의 공용 전기 연결점을 접지점으로 사용해도 동일한 효과를 얻을 수 있습니다. 전자 회로는 지구에 연결될 필요가 없으며, 전자 회로가 반드시 지구에 연결되어야 한다는 충분한 이론적 근거나 실험적 증거도 없습니다. 또한 전자 회로가 지구에 연결될 때의 저항값을 나타내는 이론이나 증거도 존재하지 않습니다. 계측 및 제어 시스템의 접지 공사 규범은 접지의 목적과 기능을 충족시킬 뿐만 아니라, 공사의 실현 가능성, 편의성 및 공사 관행도 고려해야 한다. 저자: 예시앙동, 남성, 중국석화그룹 베이징디자인원 및 중국석화공정건설회사의 부총공학사, 교수급 고급공학사로서 표준 SH/T3081-2019의 주편집자임