접지저항의 의미와 검사 방법
흔히 언급되는 ‘접지저항’ 즉, 즉, 태양광 발전시설과 흙의 연결과 그것의 상태를 평가하는 ‘대지접지’에 관하여 몇 가지 핵심사항을 정리합니다. 대지접지는, 예를 들어 단상 3선식 또는 3상 4선식 케이블링에서 중성선과 태양광 구조물의 저항 그리고 태양광 구조물과 대지 사이의 저항을 포함합니다.
사람이 눈으로 물리 환경의 상태를 알아낼 수 없기에 ‘접지저항 테스터’를 사용합니다. 일반적인 모습은 아래와 같습니다.
(새한계기 SH-5030S 2선 간이/3선 전용 디지털 접지 저항계)
오랜 동안 국산 계측기를 생산해온 새한계기의 사용자 설명서 내용을 더 풀어쓰면 다음과 같습니다.
1) 아래 Rx로 표시된 것은 대지 접지점 득, 태양광 금속 구조물과 땅이 만나는 곳입니다. 테스터가 보낸 펄스성 탐침 신호를 받는다는 의미에서, Receive에서 유래한 ‘R_X’로 표현하고 있습니다.
2) 테스터는 <가>로 약칭하는 단자를 통해 일정한 크기의 펄스성 전류(128hz, 최대 42V_pp)를 흘립니다. 그러면, 그 전류는 <나>를 통해 다시 테스터로 돌아옵니다. 즉, 탐침 전류가 대지(흙)의 최단 경로로 귀환합니다. 나가고 들어오니까 “전류가 순환한다”로 표현하겠습니다.
여기서, 전류 순환 구간 안에서는 전류값이 언제나 동일합니다. 다시 적자면, 위에 표시된 (a), (b), (c), 또는 기타의 임의 지점에서 측정한 전류의 크기는 언제나 같습니다. 수도를 틀고 수돗물이 하수구로 들어갈 때, 나오는 물의 양과 사라지는 물의 양이 같다는 논리와 같습니다.
3) 테스터 측정 대상 영역은 R_X로 표현된 곳과 C로 표현된 곳 사이입니다. 그곳은 당연히, 흙이 깔려 있는 대지입니다. (대지에 흙만 있습니까? 흙의 정확한 정의 그리고 조성이 무엇입니까? 흙에 습기가 있는 것은 당연한데 얼마나 있는 것일까요? 등 다양한, 그러면서 알 수 없는 변수가 흙 안에 들어 있으므로 결국, ‘대지’는 명확하게 정의할 수 없는 것이 되어버립니다. 중요한 것은, 존재가 불명확하지만, 분명히 전기적 작용을 합니다.)
4) R_X와 C 사이의 아무 곳에 P로 표현된 탐침 금속을 박아 넣으면, R_X와 P 사이에서 어떤 전압이 측정될 것입니다. 테스터가 전류를 흘리려고 했는데, 어떤 이유로 전류가 흐르지 않는다면 당연히 전압은 없습니다. 전류가 흐르고 있고, 어떤 전압이 검측되었다면, 오옴의 법칙(저항 = 전압 / 이미 알고 있는 펄스성 전류값)으로 계산된 저항값을 보여줄 수 있습니다. 그것이 대지와 태양광 시설물 사이의 접지저항입니다.
이해 편의를 위해서, 이번에는 다른 상상을 해 보겠습니다. 작업자가, C로 표시된 금속 프로브를 “대지 접지점에서 30m 이격하라”는 지침대로 땅에 박았습니다. 그리고 전압측정 프로브 P를 <A>, <B>, <C> 중 아무곳에나 꽂았다고 가정합니다. 그러면 어떤 결과가 나올까요? 멀고 가까운 것의 차이가 있는데, 측정된 값을 어떻게 해석해야 할까요?
우선, 측정 결과는 누구도 알 수 없습니다. 흙으로 이루어진 대지의 기본 속성을 전혀 모르기 때문입니다. R_X를 기준으로, R_X에 가까운 <A>가 더 멀리 있는 <C>보다 더 높은 또는 더 낮은 접지저항을 가질 수 있고, 그 반대일 수도 있습니다. 그리하여, “알 수 없는 것은 균등하다고 본다”가 됩니다. 그래서 매뉴얼이 제시하는 바에 따라 C를 30m 이격하고 R_X와 C의 중간쯤에 전압 프로브를 땅에 박은 후 지정된 버튼을 눌러 접지저항을 측정하면 그것으로 끝입니다.
여기서, 30m 이격은, 42V_PP, 128hz 등은 새한계기(또는 국산품)의 것이 그러하다는 점에 유의해 주세요. 다른 나라, 다른 브랜드, 다른 모델의 경우 약간씩 다릅니다. 2선식 측정은 흔한 멀티미터 저항측정 모드의 동작과 같습니다. 위에 제시된 전압 프로브, 전류 프로브, 태양광 금속 시설물, 3개 측정 요소를 조합한 것이 3선식 측정입니다. 수십 미터 이격을 상정하고 있기때문에 테스터 세트에 긴 프로브 케이블이 포함됩니다.
참고로, 위 방법은 ‘전압강하법’으로 정의합니다. P에 해당하는 전극을 하나 더 쓰고, 원래 있던 P와의 전압을 독립적으로 분리 측정하는 4선 방식을 ‘웨너(Wenner) 접지저항 측정법(주1)’이라고 합니다. 별도 공식을 사용합니다. 코울라쉬 브릿지법이라는 것도 있습니다. 4선식 측정법은 고정밀 계측기에서도 활용되고 있는데, 계측은 정밀하지만, 프로브 선을 잔뜩 연결해야 하기 때문에 불편한 점이 있습니다.
*주1) 1915년 프랭크 웨너가 개발한 대지 저항률 산출방법.
다음은 4선 방식으로 검측할 수 있는 Fluke 1625-2 GEO Earth Ground Tester Kit 제품입니다. 보다 전문적인 검측에 활용되고, 더 객관적이기 때문에 측정값을 일반 3선식의 보정용으로도 쓸 수 있습니다.
그러면, 접지저항을 알게 된 후 어떤 판단을 하면 됩니까? 국가가 명확한 판단 기준을 정해 놓았습니다.
1종 : 고압/특고압 기기, 접지선 굵기 6㎟ 이상에서 10오움 이하
2종 : 특고압~저압 혼성 기기, 차단장치 사용조건에 따라 다름. 예를 들어 1초 이내 작동할 경우 600 ÷ 1선 지락전류의 계산값
3종 : 400V 미만 기계장치 등, 접지선 굵기 2.5㎟ 이상 또는 기타, 100오움 이하
특별 3종 : 400V 이상 기계장치 등, 10오움 이하
KS C IEC 61936-1(교류 1KV 초과 및 직류 1.5KV 초과 잔력설비 – 제1부: 교류)를 참고하면 됩니다.
www.standard.go.kr/streamdocs/view/sd;streamdocsId=72059351857156615
마지막으로, 접지저항 테스터와 일반 멀티미터 저항측정 모드의 차이점은 무엇일까요?
1) 일반 멀티미터는 9V 이하 DC 전압을 가지고 저항을 측정합니다. (과거 빈티지 멀티미터에서는 20V 이상급 건전지를 쓰기도 하였음)
2) 일반 멀티미터는 DC 저항만 측정합니다. 접지저항 테스터는 수십 V 펄스성 신호 그러니까 DC도 아니고 완벽한 60Hz 싸인파도 아닌 맥동 신호를 사용합니다.
3) 일반 멀티미터는 2선식(흑색 프로브와 적색 프로브)으로 저항값을 측정하지만, 접지저항 테스터는 3선 또는 4선을 사용합니다.
4) 특수 기능을 포함하고, 널리 쓰이는 물품이 아닌 탓에 접지저항 테스터가 일반 멀티미터보다 비쌉니다. 아닌 경우가 있지만, 대체로 그렇습니다.
