접지저항의 개념과 측정 방법

접지저항의 개념과 측정 방법에 대한 이해

 

 

 

전력 설비나 전기 기기를 안전하게 운용하기 위해서는 접지가 필수적이다. 접지는 이상 전류가 대지로 안전하게 흘러 들어가도록 하는 역할을 하며, 이를 통해 감전 사고를 예방하고 기기의 절연 파괴를 방지한다. 접지가 올바르게 기능하기 위해서는 접지극이 충분히 낮은 접지저항을 가져야 하는데, 접지저항이 크면 이상 전류가 효과적으로 방류되지 못하고 전위 상승이나 잔류 전류가 발생할 수 있다. 따라서 접지저항의 개념을 이해하고, 그 측정 방법 및 대지의 특성을 고려하는 것은 전기 안전 관리에서 매우 중요한 요소이다.

 

접지저항의 개념과 측정 방법

 

 

 

반구 상 접지극의 접지저항

 

접지저항은 접지극이 대지와 접촉하면서 형성되는 전기적 저항을 의미한다. 이를 이해하기 위해 반구 상의 접지극을 가정해 보자.

전류의 분포
반구 상의 접지극에 접지전류가 흘러 들어가면 이 전류는 반구의 표면 전체로 퍼져 나가면서 대지로 방류된다. 즉, 전류는 구 중심에서 바깥 방향으로 균일하게 확산하며 전위 구배를 형성한다.

접지극 표면적
따라서 전류는 이 반구 표면을 따라 방사형으로 퍼져 나가게 된다.

접지저항 구간
A점(접지극 표면)으로부터 거리 x에 있는 반구와, 이보다 미소 거리 dx만큼 떨어진 반구 사이의 저항을 고려하면, 이를 적분함으로써 전체 접지저항을 구할 수 있다. 이때 대지를 전도체로 가정하면, 접지저항은 접지극과 무한한 크기의 구리 덩어리 사이에 존재하는 저항으로 표현할 수 있다.

이처럼 접지저항이 존재하는 영역을 저항 구역(Resistance Area)이라 하며, 접지극 근처의 토양 특성이 이 값에 큰 영향을 준다.

 

접지저항의 개념과 측정 방법

 

 

 

접지저항 측정 방법

 

 

전위 강하법

접지저항을 측정하는 대표적인 방법은 전위 강하법이다.
그림과 같이 전위 보조 극과 전류 보조 극을 접지극으로부터 일정 거리 이상(보통 10m 이상) 떨어져 설치한다.
전류 보조 극을 통해 전류 I를 흘려주고, 전위 보조 극에서 전압 V를 측정한다.
접지저항은 옴의 법칙에 따라 계산된다.

실제 적용
이론적으로는 단순한 원리이지만, 현장에서는 접지저항 측정을 위해 전용 접지저항 측정기(Earth Tester)를 사용한다. 이 장비는 전류 발생과 전압 측정 회로가 일체화되어 있어 간단하게 접지저항을 확인할 수 있다.

 

대지 저항률 측정 방법

 

접지저항은 접지극의 구조뿐만 아니라 토양의 전기적 특성, 즉 대지 저항률(Resistivity)에 크게 좌우된다. 이를 측정하는 대표적인 방법은 배너의 4 전극법이다.

측정 원리

일정 간격으로 4개의 전극을 직선상에 박는다.
바깥쪽 두 전극(1번, 4번)을 통해 전류를 흘리고, 안쪽 두 전극(2번, 3번) 사이에서 전압 V를 측정한다.
이때 대지 고유저항은 다음과 같이 계산된다.
여기서 a는 전극 간격이다.

특징

대지 저항률은 접지 설계의 기본 데이터로 활용되며, 접지극의 크기와 개수, 배치 방법을 결정하는 핵심 지표이다.
동일한 장소라도 계절, 강우량, 수분 상태 등에 따라 저항률이 크게 변할 수 있으므로, 측정 시 환경적 요인을 반드시 고려해야 한다.

 

대지 저항률에 영향을 주는 요소

 

대지 저항률은 토양의 성질과 상태에 따라 큰 변화를 보인다. 대표적인 요인은 다음과 같다.

토양의 종류

진흙: 80~200 [Ω·m]
점토: 150~300 [Ω·m]
모래: 200~500 [Ω·m]

토양이 미세하고 수분을 많이 함유할수록 저항률이 낮으며, 암반처럼 단단하고 건조한 경우 저항률이 매우 크다.

수분 함량

토양의 수분은 전해질 역할을 하여 전류의 흐름을 원활하게 한다.
따라서 동일한 토양이라도 수분이 많은 경우 저항률이 낮고, 건조한 경우 저항률이 높아진다.
예를 들어 모래가 많은 토양은 건조 시에는 수천 [Ω·m] 이상의 높은 저항률을 보이지만, 수분이 많아지면 수백 [Ω·m] 수준까지 떨어질 수 있다.

 

 

결론

 

 

접지저항은 전기 설비의 안정적 운영과 인체 보호를 위해 반드시 관리되어야 하는 핵심적인 요소이다. 반구 상 접지극 모델을 통해 접지저항의 개념을 단순화하여 설명할 수 있는데, 이는 접지극에서 방사형으로 퍼져나가는 전류의 흐름과 그에 따른 저항 분포를 이해하는 데 도움을 준다. 이러한 개념은 실제 설계 시 접지극의 형태, 크기, 매설 깊이 등을 결정하는 기초가 되며, 결국 접지저항을 낮추기 위한 설계 전략의 근거가 된다.

현장에서 접지저항을 측정할 때는 전위 강하법이나 전용 접지저항 측정기를 사용하여 실제 값을 확인하게 된다. 단순히 접지극의 저항만 고려하는 것이 아니라, 접지극이 묻혀 있는 대지의 특성과 계절적 요인까지 종합적으로 반영해야 한다는 점이 중요하다. 예를 들어, 동일한 장소라도 여름철 장마 기간에는 접지저항이 크게 낮아질 수 있고, 겨울철 건조기에 접지저항이 상승할 수 있다. 따라서 일정 주기로 접지저항을 측정하고, 변화 추이를 관리하는 것이 전기 안전 유지의 필수적인 과정이라 할 수 있다.

대지 저항률은 접지저항에 직접적인 영향을 주는 변수로서, 토양의 종류와 수분 함량, 온도, 염분 함유량 등이 중요한 결정 요인이다. 점토질 토양이나 습기가 많은 토양은 상대적으로 낮은 저항률을 보이지만, 암반이나 모래가 많은 토양은 저항률이 높아 접지 효과를 확보하기 어렵다. 따라서 실제 설계에서는 배너의 4 전극법 등을 활용하여 대지 고유저항을 정확하게 측정하고, 이 결과를 바탕으로 접지극의 수와 배치를 최적화해야 한다. 이는 접지공사 비용을 효율적으로 관리하면서도 필요한 안전 수준을 확보하기 위한 중요한 절차이다.

또한 접지저항은 단순히 전력 설비의 기술적인 문제로 끝나는 것이 아니라, 인체 보호와 직결된 안전 문제라는 점에서 그 중요성이 더욱 크다. 접지저항이 너무 크면 제 락사고 발생 시 전위 상승으로 인해 인체에 위험한 전류가 흐를 수 있고, 설비의 절연 파괴나 화재 사고로 이어질 수 있다. 반대로 접지저항을 아주 낮게 유지하면 이상 전류가 안전하게 대지로 방류되어 설비 보호는 물론 감전 사고도 예방할 수 있다.

따라서 접지저항 관리는 전기 설비의 안전성, 신뢰성, 효율성을 보장하기 위한 필수적인 활동이며, 단기적인 시공 품질뿐만 아니라 장기적인 유지보수 및 관리 전략까지 포함되어야 한다. 접지공사의 품질을 높이고 주기적인 점검을 통해 접지저항 값을 안정적으로 유지한다면, 설비의 수명 연장은 물론 산업 현장과 생활 공간 모두에서 전기 안전을 확실하게 확보할 수 있을 것이다. 결국 접지저항은 단순한 전기적 수치가 아니라, 전기 안전을 지탱하는 보이지 않는 기초 인프라라고 할 수 있다.