접지저항 저감법중 3전극법 클램프온 측정법 2전극법에 대하여 알아보겠습니다. 전기 설비의 안전을 확보하고 인체를 감전의 위험으로부터 보호하기 위해 접지는 필수적입니다. 접지 시스템은 누설 전류나 낙뢰와 같은 이상 전류를 안전하게 대지로 방전시키는 역할을 수행합니다. 하지만 접지극이 대지와 얼마나 낮은 저항으로 연결되어 있는지를 주기적으로 확인하지 않는다면 그 성능을 보장할 수 없습니다. 접지저항 값은 토양의 종류, 수분 상태, 온도 등 다양한 환경 요인에 따라 변하기 때문입니다. 따라서 신뢰도 높은 접지 품질을 유지하고 전기적 사고를 예방하기 위해서는 정확한 접지저항 측정 방법을 숙지하고 정기적으로 점검하는 것이 무엇보다 중요합니다.
1. 3전극법 (전위차 강하법)
3전극법은 접지저항 측정의 ‘표준(Standard)’ 이자 가장 신뢰도 높은 방법으로, 특정 접지극의 절대 저항값을 가장 정확하게 측정할 수 있습니다. 새로운 접지 시스템의 성능을 검증하거나 정기 검사 시 기준이 되는 측정법입니다.
1.1. 핵심 원리: 전위차와 61.8% 법칙
접지극(E)을 통해 전류가 땅으로 흐르면, 마치 물에 돌을 던졌을 때 동심원이 퍼져나가듯 접지극 주변으로 전위가 분포(전위 영역)됩니다. 3전극법은 이 원리를 이용합니다.
- 1.1.1. 전위 영역의 형성
- 측정기에서 전류를 접지극(E)과 전류 보조전극(C, Current)으로 흘려보냅니다.
- 이때 E와 C 주변으로 각각 전위 영역이 형성됩니다. E와 C가 충분히 멀리 떨어져 있다면, 두 전위 영역의 중간에는 전위가 거의 0[V]에 가까운 평탄한 지역(Plateau)이 생깁니다.
- 1.1.2. 61.8% 법칙의 중요성
- 가장 정확한 측정값은 바로 이 전위가 평탄한 지역에 전압 보조전극(P, Potential)을 위치시켰을 때 얻을 수 있습니다.
- 이론적, 경험적으로 이 지점은 E와 C를 이은 직선거리의 약 61.8% 지점으로 알려져 있습니다. 이 위치에서는 E의 전위 영역의 영향만 받게 되어 순수한 접지극의 저항값을 가장 정확하게 측정할 수 있습니다. 만약 P가 E에 너무 가까우면 저항이 낮게, C에 너무 가까우면 높게 측정되는 오류가 발생합니다.
1.2. 상세 측정 절차 및 검증
- 사전 준비: 측정할 접지극을 접지 시스템에서 분리합니다. (다른 접지극의 영향을 배제하기 위함)
- 보조전극 설치:
- 전류 보조전극(C)을 측정할 접지극(E)으로부터 최소 10m 이상, 가능한 한 멀리 이격하여 일직선상에 설치합니다. (보통 20~40m)
- 전압 보조전극(P)을 E와 C의 직선상 61.8% 지점에 설치합니다. (예: E-C 거리가 20m이면 E로부터 약 12.4m 지점)
- 연결: 접지저항계의 E, P, C 단자에 각 전극에서 나온 리드선을 정확히 연결합니다.
- 측정 및 검증:
- 측정 버튼을 눌러 저항(R1)을 기록합니다.
- P를 C 방향으로 1m 이동시켜 다시 측정(R2)합니다.
- P를 E 방향으로 1m 이동시켜 다시 측정(R3)합니다.
- R1,R2,R3 세 값의 편차가 거의 없다면(통상 2~3% 이내), 해당 측정값은 신뢰할 수 있습니다. 편차가 크다면 C를 더 멀리 이동시켜 다시 측정해야 합니다.
1.3. 장점 및 한계
- 장점: 정확도와 신뢰도가 매우 높아 모든 접지 시스템의 기준 측정법으로 사용됩니다.
- 한계: 보조전극을 설치할 넓은 공간이 필요하고, 절차가 복잡하며 시간이 소요됩니다. 아스팔트나 콘크리트로 덮인 도심지에서는 사실상 측정이 불가능합니다.
2. 클램프온(Clamp-on) 측정법
클램프 온 측정법은 보조전극 설치 없이, 다중 접지 시스템에서 빠르고 안전하게 접지저항을 측정하기 위해 개발된 혁신적인 방법입니다. 빌딩, 공장, 통신 기지국 등 통합/공통 접지 시스템에 매우 유용합니다.
2.1. 핵심 원리: 병렬 저항의 원리 이용
이 방법의 핵심은 ‘전체 병렬 저항은 개별 저항보다 항상 작다’ 는 전기회로의 기본 원리를 이용하는 것입니다.
- 2.1.1. 측정 루프의 형성
- 다중 접지 시스템은 여러 개의 접지극이 땅속에서 서로 연결되거나 대지를 통해 병렬로 연결된 구조입니다.
- 클램프 측정기를 특정 접지선에 물리면, 클램프 내부에서 발생시킨 미세 교류 전압에 의해 [측정기 → 접지선 → 접지극 → 대지 → 다른 모든 병렬 접지극 → 공통 접지선 → 측정기]로 이어지는 하나의 폐쇄 루프(회로)가 형성됩니다.
- 2.1.2. 저항값 계산
- 측정기가 측정하는 값(Rloop)은 사실 내가 측정하려는 접지극의 저항(Rtarget)과 나머지 모든 병렬 접지극들의 합성 저항(Rparallel)이 직렬로 연결된 값입니다.
- 수식: Rloop=Rtarget+Rparallel
- 이때 병렬 접지극이 많을수록(예: 10개 이상) 그 합성 저항(Rparallel)은 0에 매우 가까워집니다. (예: 10Ω 저항 9개를 병렬 연결하면 합성 저항은 약 1.1Ω이 됨)
- 따라서 Rloop≈Rtarget 라는 근사치가 성립되어, 클램프로 측정한 값이 사실상 내가 원하는 접지극의 저항값과 거의 같아지게 됩니다.
2.2. 사용 조건 및 주의사항
- 필수 조건: 반드시 다중 접지 시스템에서만 사용해야 합니다. 접지 루프가 구성되지 않는 단독 접지(피뢰침 등)에서는 측정이 불가능하며, 측정기는 보통 ‘OPEN’ 또는 에러를 표시합니다.
- 안전 및 효율: 설비를 정전시키지 않고 활선 상태에서 측정이 가능해 매우 효율적입니다. 감전의 위험이 거의 없습니다.
- 정확도: 병렬로 연결된 접지극의 수가 많을수록, 그리고 그 접지극들의 저항값이 낮을수록 측정의 정확도는 높아집니다.
- 노이즈: 주변에 노이즈 전류가 많은 경우 측정값에 영향을 줄 수 있으므로, 노이즈 필터 기능이 있는 고급형 측정기를 사용하는 것이 좋습니다.
3. 2전극법 (간이 측정법)
2전극법은 보조전극을 박을 수 없는 환경에서 ‘참고용’ 으로 접지 상태를 빠르게 확인하기 위한 간이 방식입니다. 정확한 저항값 측정이 아닌, 접지 연속성(선이 끊어졌는지) 확인 등의 목적으로 주로 사용됩니다.
3.1. 핵심 원리: 알려진 접지체의 이용
이 방법은 접지저항 값을 이미 알고 있거나, 저항값이 매우 낮다고 알려진(0Ω에 가깝다고 가정하는) 별도의 접지체를 보조전극으로 사용합니다.
- 3.1.1. 측정 회로 구성
- 측정기의 E 단자는 측정 대상 접지극에 연결합니다.
- P와 C 단자를 하나로 묶어(Short) 수도관, 건물의 철골, 공용 접지단자함 등 기존의 확실한 접지체에 연결합니다.
- 3.1.2. 측정값의 의미
- 이때 측정되는 저항값(Rmeasured)은 내가 측정하려는 접지극의 저항(Rtarget)과, 보조전극으로 사용한 수도관 등의 접지저항(Rauxiliary)이 합쳐진 값입니다.
- 수식: Rmeasured=Rtarget+Rauxiliary
3.2. 치명적인 한계와 올바른 활용법
- 신뢰성의 문제: 측정된 값이 5Ω 이 나왔을 때, Rtarget가 1Ω이고 Rauxiliary가 4Ω인지, 혹은 Rtarget가 4Ω이고 Rauxiliary가 1Ω인지 알 방법이 없습니다. 즉, 보조 접지체로 사용한 수도관의 접지 상태가 양호하지 않다면 측정값 전체를 신뢰할 수 없습니다.
- 올바른 활용법:
- 접지 연속성 시험: 측정값이 무한대(∞)로 나온다면 측정 대상 접지선이 중간에 끊어졌다는 것을 의미하므로, 단선 여부 확인용으로는 유용합니다.
- 상대적 비교: 같은 건물 내에서 여러 접지단의 저항을 측정하여 다른 곳에 비해 유독 높게 나오는 곳을 찾아내는 등 상대적인 비교 용도로 사용할 수 있습니다.
- 결론: 2전극법은 정식 접지저항 측정 방법으로 인정되지 않으며, 이 방법으로 측정된 값을 보고서 등에 기재해서는 안 됩니다.