접지저항 측정원리 및 방법에 대해 설명

자가용 전기공작물 또는 전기설비가 설치되고 있는 곳은 전기안전 확보를 위해 반드시 접지공사가 설치돼 매우 중요한 역할을 하고 있다. 
접지공사의 종류는 4종류이고, 종별에 의한 사용분류를 해서 주로 인사사고 보호부터 전기기구의 금속제의 외관과 대지를 동전위로 보호해 위험한 전압이 없도록 한다. 또는 전자기구 등을 정상으로 동작한다. 이상전압에서 보호하기 위해서 아래의 목적과 같이 시공된다.

① 감전 사고방지
② 누전화재
③ 낙뢰로부터의 보호
④ 폭발 방지
⑤ 정전기에 의한 장해방지
⑥ 이상전위의 혼식방지
⑦ 강전기구의 장해방지
등이 있고 매우 중요한 역할을 한다. 

따라서 접지저항의 보수보안관리도 전기설비기술기준에 의한 적절히 시행해야 한다. 
본고에서는 일반적으로 사용되고 있는 접지저항기의 원리, 종류, 측정방법 및 접지저항의 측정하는 동안 주의점 등을 소개한다.

접지저항기의 측정원리

1. 접지저항의 정의

JIS C 1304(접지저항계)에 의해 접지저항은 다음과 같이 정의된다.(접지된 도체와 충분히 떨어진 점의 대지간의 저항, 접지된 도체로 교류 시험전류가 흐르는 도체안의 전류로 나눈 값) <그림1> (a)에 나타난 것처럼 접지전극 E와 그것에서 충분히 떨어진 점에서 집어넣어 전류측정용의 보조접지전극 C와 사이에 교류전압 e(V)를 부가해서 접지전류 i(A)를 교류시켜 하나 더 전위측정용 보조전극 P를 EC선상을 따라 이동되면서 전극 P를 기준점으로 접지전극 E의 전위상승 ex(V)를 측정하고 같은 위치 (b)와 같은 전위분포곡선이 그려진다. 이 곡선에서 거의 일정하게 간주되는 부분의 전위 ef를 접지전류 i(A)에서 나눈 값을 접지전극 E의 접지저항이라고 한다. 즉, 접지저항 R(Ω)은 다음 식대로 표시 가능하다.
R=ef/i
이 접지저항의 정의는 다음의 두개 조건으로 전재되고 있다.
① 접지전극에 전류를 흐르는 것은 이미 한 대의 보조전극이 필요하고 보조전극의 전류는 주접지 전극을 배경으로 미치게 하지 않을 것.
② 접지저항의 전위 사승의 기준점은 접지전류가 흐를 수 있는 것으로 전위가 변동하지 않을 것
위와 같이 접지저항의 측정은 보조전극을 사용해 측정전류와 그것에 의해 발생한 전위강하의 값을 사용해서 접지저항을 계산하는 방법을 택하고 있다. 이와 같은 정의에 기인한 접지저항의 측정법을 전위강하법이라고 한다.

현재의 접지저항의 측정에서는 접지전극의 모색의 대소를 묻지 않고 이 원리가 채용되고 있다. 접지저항을 정확하게 측정하기 위해서는 <그림1> (b)에 의해 전위분포곡선에서 수평부를 얻을 수 있도록 하는 것이 중요하고, <그림1>에서 전류분포와 등전위선을 합해 그린 <그림1> (b)의 전위분포곡선의 중앙부에 수평으로 해 <그림1> (c)의 전류분포와 등전위선에서 보여도 전위분포곡선의 중앙이 수평부에 닿는 것을 나타내고 있다.

2. 전위차계 방식 접지저항계

<그림2>에 의해 보조전극 C(전류전극)과 보조전극 P(전위전극)를 피측정접지극에서 5∼10m 간격으로 직선상이 되도록 지중에 깊게 박는다. 측정기의 전원스위치 S를 넣고, 인버터에서 발생한 교류전류I는 E단자 → 대지 → C단자 → CT 1차로 흐른다. 트랜스 동기정류회로에서는 전류I에 의해 EP간에 발생한 전위차와 가변저항R에 의해 발생한 전위차가 역방향으로 입력된다. 가변저항R을 조정해서 검류계G의 지시가 0이 되도록 기준저항과 연동한 다이얼을 조정하면, 다이얼의 지시에서 접지저항을 알아 차릴 수 있다. 이때, IR=IRX ∴R=RX가 된다. 보조전극P와 보조전극 C의 접지저항에서는 무관계가 되고 <그림2>의 P단자의 측정기 내부에서 콘덴서 Co를 조합해 대지에 흐르고 있는 대전류를 저지하고 있다.
현재 접지저항 측정기의 태반은 전위차계식 접지저항계가 사용되고 있다.

3. 전압 강하식 접지저항계

전압강하식 접지저항계는 EC간에 전류를 흐를 경우 전위차계식 접지저항계와 같게 되지만, 전압강하식의 특징은 정전류 장치가 내장돼 있는 EC간에 흐르는 전류를 항상 일정하게 유지하는 것으로, 그 값은 수mA이다. EP간에 전위상승의 값이 작은 것부터 증폭기에서 증폭·정류해 지시계에서 지시된다. 지전류에 의해 오차를 배제하기 위해 필터를 넣고 있다.
통전전류가 일정하게 유지되고 있기 때문에 EP간에 전압은 접지저항에서 비례한다. 따라서 지시계의 눈금을 사전에 저항치로 해두면 접지저항치가 직독할 수 있다. <그림3>에 회로도의 원리도를 표시했다.

4. 이전극법에 의한 측정

접지저항 측정할 때 보조전극을 박아 넣을 장소가 없는 경우에 수도관(최근에는 염분관이 많아 주의를 요한다)과 같은 접지저항의 낮을 것, 또는 접지저항치가 기지의 매설물이 있다면 접지저항계의 전위단자(P) 전류단자(C)를 일치해서 <그림4>에 나타내도록 접속해 이전극법으로 측정하는 것이 가능하다. 

이 저항치는 주접지전극(E)의 저항값과 보조전극으로 한 접지체의 접지값과 맞춰서 측정된다. 따라서 보조전극의 접지저항값을 낸다면 올바른 값이 되고, 또 보조전극의 접지저항값이 비정상적으로 낮으면 이것을 무시하더라도 상관없다. 
다만 이 방법은 d종 접지와 같은 간단한 접지의 경우에 한해 사용되지만 현지가 특별한 조건인 경우에 이 방법에 의해 측정하기도 한다.
그러나 특별히 10Ω이하의 접지저항을 측정하는 경우에는 전에 서술한 전위강하법에 의해 측정하는 것이 필요하다.

접지저항측정 상에서의 유의점

1. 접지저항의 계절변동

(1) 접지저항값에 영향을 주는 요인
접지저항은 대지저항률의 값에 크게 좌우된다. 이 대지저항률이 주위의 여러 가지 조건에서 변화하는 것을 잘 인식하고 접지저항에 미치는 각각의 요인에 대해 검사한다.

(2) 대지저항율과 대지의 특징
지진의 양도체에인 금속 저항률은 종류에 의해 결정, 같은 종류에서도 온도가 변화하면 뭔가 불순물이 혼합되고 그 값이 변화한다. 접지저항에 면밀한 관계가 있는 토양에서도 같은 것을 말할 수 있다.
토양이 건조하다는 것은 전기를 통과하지 않는 전기절연물이다. 그것은 토양의 주성분이고, 규소모래나 산화알루미늄이 우수한 절연재료로서 채용되고 있는 것에서도 밝혀진다.
사막의 모래는 예외로서 자연계의 토양이 완전하게 건조해지는 것은 거의 없다. 토양에서 수분을 포함하고 그 저항율은 급격하게 저하한다. 각물질의 저항률의 위치기록을 보면 <그림5>에 따라서 없고, 동은 저항률이 10-8Ωm인 것에 대해 토양의 저항률은 102Ωm이어서 양자의 사이에는 10행의 차이가 있다

(3) 접지저항값에 영향을 주는 요인
대지저항율, 즉 접지저항에 영향을 주는 요인으로서는
① 온도
② 토양에 포함된 수분
③ 토양의 종류
④ 수분의 화학성분
⑤ 토양의 조밀한 정도
등이 일반적으로 생각되고 있지만, 이 외에 접지저항값에서 계절의 영향, 계절변동계수, 접지전극의 부촉도 고려하지 않으면 안 된다.

2. 측정용 보조접지극의 사전준비

측정용 보조전지극을 특별히 빌딩의 수전설비에 설치할 때에는 전설공사회사의 의뢰하고 시설해 두도록 한다.

3. 보조접지 전극을 박는 방법

보다 정확한 접지저항값을 얻기 위해서는 보조전극을 박는 방법이 중요해서 특별히 전류전극의 접지저항이 크게 영향을 준다. 보조전극에 박기 어려운 장소에서는 현지와 더불어 인부가 필요하다.
그 유의점은
① 보조전극을 박는 장소는 되도록 온기가 많은 지면에서 박는다(화단 등).
② 보조접지동망을 이용한다(물을 충분히 뿌린다).
③ 하수 또는 안홀 등의 뚜껑에 이용
④ 수도관을 이용하는 것도 있지만 소금관에는 사용하지 않는다. 또 철관이더라도 특별히 보조극과 근거리에서 평행하게 매설되어 있는 경우에는 주의해야 한다.

4. 보조접지전극의 접지저항

간이형 접지저항계에서는 측정전류가 커서 아무래도 되지 않기 때문에 규모의 접지전극의 측정에서는 부적당하다. 
측정정도는 전류 또는 전위전극의 접지저항에 영향 받고, 이것이 작아지면 정확하게 측정하는 것이 가능하다. 
그 정도의 접지저항에서 있으면 좋지만, 일례를 가지고 정량적으로 나타낸 것이 <그림6>이다.

 5. 접지저항의 측정정도의 확인방법

접지저항의 측정결과의 정도가 높은지 낮은지 확인하는 방법으로서 다음의 2가지 점을 들 수 있다.
① 전위전극을 측정한 위치에 대해 1m정도 이동해서 재측정 해본다. 같은 값이 나오면 전위전극 P는 전위분포의 수평부에 있던 것을 알 수 있다.
② 전 항목의 측정을 하더라도 차이가 날 때는 전위전극 P의 위치를 각도를 갖도록 해볼 것. 다시 측정선의 길이를 변환해 확인한다.

전원 배터리의 확인

배터리를 전원으로서 측정전류를 흐르고 접지저항을 측정하는 것부터 측정하기 전에 반드시 배터리 체크를 한다. 부족에서는 충분히 주의하는 것이 필요하다. 
또 장기간 사용하지 않는 경우는 배터리의 액 누출등 측정기의 고장이 원인이기 때문에 배터리를 빼내어 보관한다.

B종 접지의 사고방법

전기설비의 기술기준(해석)에서 각각의 접지저항 값이 규정되고 있다. A종, C종 및 D종 접지 저항값은 최대한의 값이고, 보다 낮은 접지저항 값이라는 것이 기대된다. 한편, B종 접지는 전력회사의 배전용 변전소의 뱅크마다 배전선의 장단에 의해 그 대지정전용량이 결정된다. 당 협회에서는 B종접지의 저항값에 대해 회원에 대해 다음과 같이 지도하고 있다.
B종 접지의 접지저항값은 작아지지 않게 전력회사에서 표시하는 접지저항 규격값의 직근하위로 한다.

그 이유는 <그림7>에서 표시되도록 기구가 누전한 때에 그 기구의 분담전압을 저감할 수 있는 것부터이다. <그림7>에서 D종 접지는 내뢰대책에서 A종 접지와 연접되어 있어 접지저항은 10Ω이하이다. 일례로서 B종 접지 저항값을 75Ω라고 할 때는 누전기구의 분담전압은 
10÷(75+10)=0.118이다.
3상 200V에 환산해도 24V정도가 돼 인체에서의 감전방지 대책상으로 유리하다.