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| 대지 접지의 기호 |
1. 개요
Grounding(GND), Earthing / 接 地지면을 전기회로에 연결하여 전류가 흐를 수 있도록 하는 행위 또는 그러한 방식이 적용된 상태.
접지를 하는 이유는 다음과 같다. 전자제품을 사용하다보면 유도전류, EMI(electromagnetic interference, 전자파 간섭) 필터, 설계/고장 등의 기타 원인으로 인하여 누전이 발생할 수 있다. 누전에 의한 누설 전류가 가지는 전압, 전류는 기기마다 다르지만, 사람의 피부가 닿았을 경우 따끔한 현상이 생기기도 하고, 불량 전류로 인해 기기 손상을 유발한다. 누설 전류가 발생하면 서지(Surge) 마냥 기기 회로를 망가뜨리거나 각종 부품을 손상시키는 것은 물론, 오디오 장비 같이 전류 상태에 민감한 장비에 노이즈나 오작동을 유발하는 원인이 되며, 상황에 따라 사람의 생명에 위협을 줄 수 있다.
따라서 전기회로는 누설 전류를 제거할 수 있도록 우회로가 필요하다. 가장 손쉬운 방법은 전자기기나 사람이 아닌 다른 곳으로 흘려 보내도록 회선을 연결해 우회시키는 것이다. 이론상 어떤 물체에 접지시켜도 무방하지만, 가장 확실한 방법은 무한하다고 할 만큼 큰 대전체인 ' 지구'에 떠넘기는 것이다. 이런 이유로 이걸 칭하는 용어도 접지[1]라고 붙었다. 피뢰침도 낙뢰가 떨어질 때 그 전류를 땅으로 흘려보내 처리하는 것이니 일종의 접지라 할 수 있다.
2. 특징
대부분 접지에 사용하는 케이블은 초록색+노란색 또는 초록색이며 접지봉 혹은 접지판에 설치하여 땅을 파서 접지판에 저감제와 물을 섞은 뒤 묻어버린다. 흔히 사람들이 보는 땅에 박혀있는 초록색 선은 이것이다.전기 설비에서 접지는 전력선이 어떤 원인에 의해 누전되었을 때, 누설된 전기가 사람이 아닌 땅을 통해 흐르게 하여 감전을 막는 역할도 한다. 기기 보호 뿐만 아니라 안전에도 절대적 영향을 주기 때문에 정상적인 환경이라면 반드시 접지가 제대로 되어 있어야 한다.
엄밀히 따지면 접지는 접지를 할 물체보다 상대적으로 부피가 큰 물체에 연결하면 그 물건이 전류를 대신 먹는 원리로써, 반드시 땅에 해야 하는 것은 아니지만, 이런 방식으로 접지를 해서 처리할 수 있는 전기 용량에는 한계가 명확하기에 땅에다 접지를 하는 것이다. 전기용량이라는 것은 쉽게 말하자면 얼마나 많은 전하를 담을 수 있냐는 것이고, 이는 물체의 부피에 비례한다. 지구는 굉장히 부피가 크기에 사실상 무한한 전기 용량을 가지고 있고, 따라서 가장 확실한 접지 수단이 된다.
접지는 소중한 재산을 보호하는 아주 중요한 역할을 하는데, 대표적으로 서지 보호기 또한 접지를 이용한다. 낙뢰 따위로나 고전압 혼촉 사고 등으로 불량 전류가 회선에 유기되면 그 엄청난 에너지를 견디지 못한 전자기기들이 노릇노릇하게 타버리기 십상인데, 이런 서지로부터 회선을 보호하는 서지 프로텍터들은 허용 범주를 초과하는 전류가 들어오면 접지선으로 전류를 내보낸다. 보통 자체적으로 전류를 먹을 수 있는 보호 소자도 들어가지만 용량에 한계가 있으므로 무한히 전류를 처묵할 수 있는 대지에 떠넘기는 게 제일 확실하다. 물론 이것도 보호 회로가 감당 가능한 범주에 한정되며, 이를 넘어서는 불량 전류가 흐르는 경우에는 그 전류를 모두 지구에 떠넘기기 전에 서지 프로텍터가 견디지 못하고 타버리게 되겠지만...
또한, 전자제품의 EMI 노이즈 필터가 제 역할을 다하려면 누설 전류가 반드시 접지선을 통해 제거되어야 한다. 이렇게 접지가 되어 있어야 전자 기기의 안정적인 동작이 가능해진다. 이러한 이유 때문에 컴퓨터 같은 전자 제품은 접지 상태일 때 기기의 기대 수명과 안정성 측면에서 비접지 상태일 때보다 유리할 수밖에 없다 [2]
오디오 장비에 있어서는 특히 중요한데, 접지가 되지 않아 누설 전류가 오디오 기기로 유기되면 마이크나 스피커에서 나오는 고조파 노이즈가 생기게 되고 DAC 따위도 제대로 동작하지 못해 음질 저하가 발생한다. 그나마 잡음만 나면 다행이지 영 좋지 않은 불량 전류가 계속 누설되어서 흐르고 있으면 귀중한 오디오 장비의 회로가 망가질 수 있으며, 연결된 다른 기기로 유기된 누설 전류 때문에 손끝에서 전기가 통하는 느낌을 받는 것은 물론 심하면 감전된다. 두 케이스 모두 지구 표면 대신 우리 몸이 접지선이 되어주는 셈이다.
아무리 대지 접지 대체 수단을 동원하더라도 지구만큼 확실하게 누설 전류를 흡수해줄 수 있는 대전체는 없다. 따라서 황금귀들이 고가에 거래하는 접지 박스는 효과가 전혀 없는 사기 제품이라고 할 수 있다. 차라리 자체적으로 접지선을 가진 장비를 이용해 직접 접지하는게 낫다.
각종 묻지마 시공으로 지어진 엉터리 건물의 대책 없는 묻지마 배선의 원인이자, 그런 묻지마 배선이 파멸을 부르는 원인의 대부분이 접지 불량이나, 혹은 아예 접지를 내다 버린 막장 시공에 있다. 애당초 건물을 처음 지을 때 접지를 안 해둔 묻지마 배선은 이후 수선하더라도 전기 업자가 제대로 접지를 해줄 가능성이 0에 수렴한다. 도저히 수습이 불가능하므로, 이런 집에 살고 있다면 하루 빨리 정상적인 집으로 이사하기를 권장한다.
접지를 잘못하면 지구에 누설 전류를 유기하는 게 아니라 내 장비들의 회로들 사이로 누설 전류가 무한정 도는 상황이 생길 수 있다(그라운드 루프). 키르히호프의 법칙에 따르면 닫힌 회로 안에서 흐르는 전류의 총량은[3] 변화가 없다. 주변에서 흔히 볼 수 있는 삼상 교류 전력 시스템을 예로 들면, 변압기의 중성선 쪽이 접지선과 연결되어 있기 때문에, 전류는 '변압기→활선→전자기기→기기의 외함→접지선→땅→중성선→변압기→...' 식으로 무한히 돌게 된다.
이런식 으로 접지가 잘못되면, 땅에 누설전류가 흡수되어 사라지는 것이 아니라 닫힌 회로 안에서 끊임없이 돌게 된다. 때문에 오디오 기기는 일반적으론 접지된 콘센트를 쓰면 노이즈가 사라지지만, 이 경우에는 오히려 접지된 콘센트를 쓰면 접지 때문에 노이즈가 들어오는 '그라운드 루프 노이즈'가 발생하기도 한다. 이런 경우에는 플러그의 접지 단자 접촉부를 절연테이프로 막아버리고 꽂으면 해결된다.[4]
아주 당연히 접지도 저항이다.
인간의 육체는 저항값이 2500 옴 정도인데, 접지저항은 법 기준 100 옴 이하다.(이것도 마구잡이로 만드는게 아니고, 인체저항보다는 작으면서 전자제품 저항보다는 커야 한다.) 따라서, 저항이 더 낮은곳에 전류가 더 많이 흐른다는 법칙을 따라, 인체가 먹을 전류를 지구에 빼돌릴 수 있게 된다. 반대로, 접지가 없다면 나갈곳이 없는 전류가 그대로 몸으로 향하고 결과는 최악의 상황이 올 수도 있다.(220V가 합선나면 불나는것도 그 이유다. 온동네 전기가 가장 흐르기 쉬운 그지점으로 몰리기 때문. 그전에 두꺼비집이 끊어버리겠지만... 휴대폰 충전기도 220V를 그대로 받지 않기위해 강력한 저항을 둬서 필요 이상의 전류를 받지 않도록 하고 있다. 자세한 내용은 옴의법칙참고.) [5]
당연하지만 물이 묻거나 해서 저항이 낮아지면, 인체와 접지선의 저항차가 낮아져 접지의 효율이 감소한다. 인체의 저항값이 낮아져서 접지가 돼있더라도 인체로 더 많은 전류가 몸에 흘러 골로갈 수 있다는 의미다.
일부 110V 체계에서는 종종 중성선에 떠넘기는 것으로 접지를 퉁치기도 하는데, 이마저도 일본의 전력체계 같은 경우에만 가능하고 한국서는 몇가지 경우를 제외하곤 그래선 안된다. 전력체계 차이 때문에 불법인 것 이전에 안전한 접지가 보장되지 않고, 완전한 접지 또한 보장할 수 없다.[6][7]
일부 유사 접지 제공 제품은 편법적으로, 일단 회로로 노이즈를 흡수하고, 도저히 회로가 대신 먹어서 제거 못하는 노이즈는 중성선에 던져넣는 경우가 있는데, 합법적인지도 안전한지도 의문이다. 설령 그걸 무시한다 쳐도, 이 방식으론 노이즈가 전부 제거되지도 않는다. 집에서 DAC나 헤드폰용 파워앰프를 연결하는 것 정도야 "대체로" 괜찮겠지만, 대형 패시브 스피커를 굴리려 고출력 파워앰프 같은 걸 쓴다면 반드시 접지공사를 해야 한다.[8]
한편, 대지 접지를 할 방도가 없어[9] 수도관에 연결해두는 경우가 있는데, 이 경우에는 허용되는 기준이 존재하며 그걸 따르면 되긴 한다. 문제는 대량의 전류가 유기되는 경우 감전 사고로 이어질 수 있다는 것이다. 언제까지나 궁여지책이니 가능하면 땅에 못 하나 박는다 생각하고 접지 공사를 제대로 하자.
접지와 중성선(N선)은 다르다. 접지와 중성선은 전기적으로 연결되어 있긴 하지만[10], 중성선은 정상적으로 기기를 통과한 전류가 전력망으로 돌아가는 선로이고[11], 접지선은 비정상 전류(누전)를 지면으로 흘려보내기 위한 케이블이다.[12] 접촉 저항때문에 전위차가 있어 중성선과 접지선 사이에 LED를 넣으면 켜진다. 아무튼 가정이나 산업현장에서는 중성선과 접지선을 구분하지 않고 사용할 경우 전기사고의 위험이 커지니 꼭 구분해서 시공하자.
3상 4선식 혹은 3상 3선식 교류전원을 바로 공급받아 사용하는 일반적인 가정이나 산업현장에서 주로 보기 힘들 뿐 접지선을 중성선으로 사용하는 경우도 존재하기는 한다. 장거리 송전 시 이런 방법을 쓰는 경우도 있는데 이유는 당연히 전선값을 아끼기 위해. 사실 가정에서 접지를 중성선으로 사용하지 못하는 이유는 가정용 전기 시스템이 공학적으로 그렇게 사용하도록 설계되지 않았기 때문이지, 물리적으로는 문제 없다. 그리고 이렇게 사용하려면 당연히 접지시공을 매우 까다롭게 해야 한다.
송전탑에서는 중성선은 송전하지 않고 활성선만 송전한다.[13]
2.1. GND와 Earth의 차이
회로에서 GND와 Earth는 전기적 안정성을 확보하기 위해 동일시 되는 개념이지만 둘은 명백히 다른 개념이다. 다음과 같이 설명된다.
- GND: 전기 회로내에서 전위차 기준과 회로의 전기적 안정성을 제공하기 위해 존재하는 개념이다. 회로내의 인풋 전압 레일이 단일일수도, 여러 위상일수도 있기 때문에 회로 내의 단일 개념은 아니다.
- Earth: 회로와 대지를 물리적으로 연결하는 개념이다. 이로 인해 System에서 발생하는 누전과 노이즈를 완화시켜준다.
간단히 정리해 보자면, GND는 회로의 안정성을, Earth는 System의 안정성을 확보해주는 개념이라고 할 수 있다.
3. 종류
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| 신호접지 | 섀시접지 | 대지접지 |
접지는 신호접지(Signal ground), 섀시접지(Chassis ground), 대지접지(Earth ground 혹은 Earth) 세 가지로 나눌 수 있다. 회로도에서 기호가 다르다. 심플한 삼각형 모양이 신호접지 기호, 갈퀴 모양이 섀시접지 기호, 이 항목의 개요 위에 나와있는 접지 기호가 대지접지이다. 특히 신호접지는 회로의 정상동작을 위해 노이즈가 타고 들어가지 않도록 간섭의 영향을 최대한 받지 않도록 주의해서 설계해야 한다.
3.1. 목적에 따른 분류
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계통접지
저/고압 혼촉에 의한 전력선의 재해를 방지하기 위한 접지방식이다. 전력선의 재해를 예방하기 위한 목적이기 때문에 주로 변압기 2차측 계통의 가장 안전한 위치에 하는 접지이며 전력계통에 행하는 접지이다. -
기기접지
Equipment grounding. 금속제 외함, 감전사고 예방 목적으로 사용되는 접지방식이다. 전기기기 내에서 절연이 파괴되어 금속재로 노출된 부분에 전류가 흐르게 되면(지락 발생) 감전이 될 수 있다. 이를 방지하기 위해 미리 기기를 대지에 접지해놓는 것으로 외함접지라고도 한다. 주로 전기기기의 프레임이나 외함, 철가 등에 설치한다. -
뇌해방지접지
피뢰침에 연결되는 접지이다. - 정전기방해용 접지
- 등전위와의 접지
- 노이즈방지 접지
- 기능용 접지
- 지락방출용 접지
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보안용 접지
화재나 감전사고를 예방하기 위한 접지
4. 시공
접지는 기본적으로 대지에 다수의 동봉 또는 동판을 땅 깊이 매설하여 대지와 접촉시킨 후에 접지선을 배선하여 이루어진다. 항아리 등을 흙으로 채운 후 동봉이나 동판을 매설하여 접지하는 것은 당연하게도 전혀 의미가 없다.[14] 접지저항 확보를 위해 접지저항 저감제를 같이 매립하거나 동 재질이 아닌 다른 재질의 접지기구를 매설하기도 한다. 또한 가능한 깊이 매설해야 계절/온도 변화에 영향을 적게 받는다.
접지는 땅과 접촉되는 저항에 따라 급이 나뉜다. 정밀기기나 고압전류를 다루는 경우 당연히 저항치가 낮은 접지가 쓰여야 한다.
접지공사 방법은 다음과 같다. 간단히 말해 우리가 흔히 보는 전신주의 접지 방법이라고 생각하면 된다. 분전반이나 전신주에서 내려와 땅으로 들어가는 녹색 또는 녹-황색 피복의 전선이 바로 접지선이다. 그러나 전기설비업자가 규격을 따르지 않고 녹색이나 녹-황색을 전력선으로 시공한 경우도 많으므로 건물 내외부의 녹색선을 무조건 접지선이라고 생각해서는 안 되며 함부로 잡거나 작업을 해서는 안된다. 무적격 업자뿐만 아니라 전기공사업 면허가 있는 업체에서도 녹색을 전력선으로 사용하여 시공한 사례가 있다. 더 심한 경우 전압선, 중성선, 접지선을 포함한 모든 전선이 녹색인 시설물[15]도 있으므로 전선을 만질 때는 활선 경보기, 테스터 등 계측 기기로 직접 확인하면서 작업해야 안전하다. (예시)녹색 전선을 전력선으로 사용한 분전반
- 접지극은 지면으로부터 75cm 이상의 깊이에 매설해야 한다.
- 접지선은 절연 전선이나 케이블을 사용해야 한다.
- 접지선은 지하 75cm부터 지상 2m의 높이까지 보호관을 사용해서 보호해야 한다.
- 접지극은 지하에 존재하는 금속체(수도관등의 물체)에서 1m 이상 이격하거나 30cm 더 깊이 매설해야 한다.
5. 접지 공사의 생략
놀랍게도 접지는 생략할 수 있는 기준이 마련되어 있다. 말이 안 된다고 생각하겠지만, 접지 공사가 생략되었다는 말은 그만큼 안전한 위치에 놓여 있다는 뜻으로 해석할 수 있다. 그러나 이 기준은 어디까지나 사람이 죽거나 큰 상해를 입을 일이 없다고 판단하여 접지를 생략하는 것이지, 전자제품의 누전으로 인한 고장을 예방해주는 수준까지 기대하기는 힘들다. 그러므로 일부러 건드려서 감전되는 행동을 해서는 안 된다. 그리고 냉장고, 전자레인지 등 직접적으로 손이 자주 닿는 가전제품과 습기가 적은 곳의 전기 제품은 접지가 없는 상태로 접촉하면 불쾌감을 느끼거나 약간의 통증을 유발할 정도의 미세 전류는 통하므로 가급적이면 접지 설비를 마련하고, 접지 설비가 마련돼 있다면 적극적으로 사용하는 것이 좋다.- 직류 300V / 교류 대지전압 150V 이하의 기계기구를 건조한 장소에 시설 시
- 기계 기구를 사람이 쉽게 접촉할 우려가 없는 나무 전봇대(목주) 위에 설치. 미국의 경우 지금도 종종 볼 수 있지만 대한민국의 경우 최소 1990년대 이후로는 실제로 사용하는 나무 전봇대는 거의 볼 수 없다.
- 이중절연 구조의 기계. 헤어드라이어, 히팅건 등 열풍기와 드릴, 그라인더 같은 전동공구가 대표적이다. 이들의 전원 플러그는 접지 연결부위가 없는 무접지 플러그이다.
- 발전소 및 개폐소에 시설한 기계기구
- 철대 또는 외함의 주위에 적당한 절연대를 설치한 기기
- 절연을 하는 것이 기술적으로 곤란한 기기. 전기로나 시험용으로 제작한 변압기 등
- 정격 감도 전류 30mA이하, 동작 시간이 0.03초 이하의 누전차단기 설치 시
- 저압용 전로의 전원측에 출력이 300V 이하, 용량 3kVA 이하의 절연변압기를 시설하고 부하측 전로를 비접지로 한 경우
6. 송배전 계통의 접지
길에서 흔히 보이는 전신주가 아니라 산에서 흔히 볼 수 있는 송전탑의 송전선에서 사용되는 접지 방식이다. 3상 교류를 기본적으로 사용하고 있기 때문에 일반 접지방식과는 조금 다르게 Y형과 △형식에 따라 접지유무가 또 달라지며, 그중에서도 Y형식에 사용되는 중성점 접지를 다루고 있다.3상 교류는 Y결선으로 연결을 하였을 때 3상의 파장이 상쇄되어 0이 되는 지점인 중성점이 존재하게 되는데, 그 지점을 접지한 것을 중성점 접지라고 부른다. 특이한 경우 중성점이 접지가 되어 있고, 접지와 같은 낮은 전위(이론상 0V)를 가진다고 하여 접지로 대용하는 경우가 간혹 있는데, 접지된 중성선은 활선에서 나온 전류가 흐르는 전력선이므로 접지의 역할을 하지 못한다.
해외에서는 한 가닥의 전선으로 전력을 공급하고, 접지를 통해 변전소와의 회로를 완성시키는 단선 대지귀로(Single Wire Earth Return) 방식으로 배전하는 경우도 있다. 주로 인구밀도가 낮은 지역에 설치되며, 비용을 낮추기 위해 인장력이 높아 전신주를 적게 세워도 되는 강철 전선을 사용한다.
6.1. 중성점 접지 방법
| <colbgcolor=#f5f5f5,#1f2023> 방식 | 보호 계전기 동작 확실성 | 지락전류 | 대지전위상승치 | 과도안정도 | 유도장해 | 특징 |
| 직접접지 | 가장 확실함 | 가장 높다 | 1.3배 | 가장 적다 | 가장 크다 |
중성점영전위 단절연 가능 대한민국에서는 154kV 이상에서 사용 |
| 저항접지 | 확실함 | 높다 | √3배 | 적다 | 크다 | |
| 비접지 | 없음 | 낮다 | √3배[16] | 크다 | 작다 |
저전압 단거리 송전에 사용 △에서 사용 |
| 소호리액터접지 | 불확실함 | 가장 낮다 | √3배이상 | 가장 크다 | 가장 작다 | LC 병렬공진 |
6.2. 용어 설명
- 보호 계전기: 접지선로를 통해 지락전류, 즉 땅으로 흐르는 전류가 발생했을 때 해당 전류를 검출하여 지락이 발생했음을 제어 패널에 보내는 계전기. 단독으로 작동이 불가능하다.
- 전위상승치: 해당 지락전류가 발생하였을 때 중성선 선로의 전압이 상승하는 정도.
- 과도안정도: 과도안전성이라고도 쓰는데, 사고발생이나 급격한 부하 변동 시 3상전류는 새로운 전압/전류 평형점을 찾아 이동하는데 이 때 이 전류가 얼마나 빨리 안정화 되는가를 의미한다. 송전선로에서도 쓰지만 발전기 쪽에서 과도응답성이라는 용어로도 쓰고 뭐 다른데 가서도 많이 쓰는 말이지만 그냥 "얼마나 빨리 안정화되는가"를 해당 분야에 맞춰보면 거의 들어간다.
- 유도장해: 전력선에는 고조파라고 해서 일종의 노이즈 같은 것이 흐르는데, 이때 발생되는 노이즈가 변압기에 유입되어 순환전류를 일으키며 변압기 과열을 발생시키는 경우가 있고 전력선 그 자체의 전류가 만들어내는 전기장 및 자기장이 통신선로나 기타 선로에 전압을 유도해 일으키는 경우가 있다. 케이블에 유도되는 것은 정전유도와 자기유도 두 가지 관점에서 해석된다.
- LC 병렬공진: L(코일) + C(커패시터, 콘덴서)를 병렬로 연결하였을 때 두 소자가 공진하는 현상. LC 병렬공진은 L, C의 값에 따라 특정 대역 주파수를 저지하는 특성을 띠게 된다.
- 중성점영전위단 절연: 변압기의 중성선은 Y결선 시 3상 전류의 전압벡터가 합쳐져 0 부근에 도달하는데 이것을 중성점이라 하고 또한 전압이 이론적으론 안 뜨기에 영전위단이라고 한다. 이곳을 접지하지 않고 절연하는 것.
7. 각종 전자기기에서의 접지
전자기기가 작동될 경우 그 케이스 등에 전하차가 생기게 된다. 이때 케이스로도 전류가 누전되는 경우가 있는데 이를 피하기 위해 접지를 시행하게 된다. 회로는 기준전압, 즉 그라운드 역할을 하는 도체를 기준으로 부품들이 결선되어 있는데 그 기준전압을 하술한 여러 이유로 접지선과 케이스에 연결해 놓는다. 만약 우리가 전자기기의 케이싱을 만질 때 전기가 통하는 느낌이 든다면[17] 우리 몸을 통해서 그 전하가 방바닥으로 방출되고 있다는 것을 의미한다. 한마디로 우리 몸이 접지선으로써 전기적인 역할을 하고 있다는 것을 의미한다. 접지체계가 고장난 전자기기에서 잘못 하다가는 치명적인 감전을 당할 수 있다.위의 그림은 플러그의 접지부가 파손되어 정상적으로 접지되지 않고 인체를 통해 접지된 상황을 묘사한 그림이다. 정상적으로 접지되었다면 누설 전류가 접지선을 타고 땅으로 갔겠지만 접지부가 파손된 바람에 접지가 끊겼고, 결국 인체를 거쳐 대지로 전류가 유기되는 모습이다. 그리고 이렇게 유기되는 전류는 "친절하게" 심장을 비롯한 각종 장기들을 거쳐가며 치명적 상해를 유발할 것이다.
마이크나 전자기기를 만졌더니 뭔가 따끔거리거나 정전기가 튄 것 마냥 오싹하거나 하는, 곧 전기가 통하는 것은 제대로 접지를 안 했다는 증거인데, 그럴 경우 우리 몸보다 저항이 적은 전선으로 접지를 해서 기기의 전하를 땅 속으로 방출할 필요가 있다. 정상적으로 접지를 할 경우 땅과 우리 몸, 그리고 기기의 케이스가 같은 전위를 유지하므로 전기가 통하지 않게 된다.
이렇듯 접지는 전자기기에 있어서 매우 필수적이다. 앞서 제시한 공통접지가 회로에서 말하는 기준 전압을 제시하는 역할을 하고 있다. 또한 공통접지와 접지도 서로 연결되어 있다. 공통접지는 회로 내부는 물론 장비와 장비 간에서도 매우 중요한데, 장비 간에 기준 전압이 맞지 않는다면 오작동하거나 상호간 신호전달이 애초에 불가능해질 가능성이 높다. 그렇기에 케이블을 통해서 장비 간에 기준 전압을 꼭 맞춰줘야 한다.
7.1. 오디오에서의 접지
오디오에 10만원이라도 돈을 들인다면 반드시 만나게 되는 난관이 접지다. 그나마 소규모 장비를 쓰는 개인 오디오 감상은 어지간해선 노이즈로 인한이 음향 장비들의 접지를 제대로 안 해서 배철수가 젊음의 행진 생방송에서 공연을 하다가 감전을 당한 것이다. 그리고 해외에서도 이런 사고가 터져서 그 후 가수들의 매니저들은 무대의 모든 장비의 접지 상태를 깐깐하게 따져서 미흡한 점이 보이면 절대 가수를 무대로 올리지 않는다. 무선마이크는 접지를 공유할 선 자체가 없어 감전에 안전하니 마이크를 사용할 일이 생긴다면 가능하면 무선마이크를 사용하는 것이 좋다.
벨런스드 입출력 단자인 XLR 단자에는 접지부가 존재한다.
XLR 케이블이나 TRS 라인케이블에서 접지란 그냥 단순히 장비간의 접지 역할도 있지만 회로의 공통접지와 같은 여러 부품들이 하나의 접지로 음극을 공유하고 있다는 것을 뜻한다. 이것이 무엇을 의미하냐면 XLR 케이블이나 TRS 라인케이블, 스테레오 라인케이블처럼 두 개 이상의 신호를 동시에 보내고 있는 케이블들은 당연히 내부 선도 4가닥 이상이 되어야 한다는 것이다.
XLR 케이블의 경우 Hot 신호 2가닥과 Cold 신호 2가닥이 필요하다. 하지만 XLR 케이블은 3개의 심으로 구성되어져 있는데, 여기서 공통접지의 역할이 중요하다. 공통접지는 Hot과 Cold 신호가 서로 회로에서처럼 음극을 공유해서 기준 전압을 제시하고, 그 공통접지를 기준으로 Hot 신호와 Cold 신호를 전송하게 만든다.
당연하지만 XLR 케이블에서 1번 심이 공통접지, 그리고 2번 심이 Hot, 3번 심이 Cold 역할을 한다. 이것이 가능한 이유는 회로에서와 마찬가지로 접지를 공유하고 있지만 각각의 부품들이 서로 전기적으로는 연결되어 있지 않기 때문이다. 마찬가지로 접지에서도 그냥 선만 땅에 같이 묻는다고 전기적으로 상관이 있는 것이 아니라, 음극과 양극이 서로 회로적으로 연결이 되어야만 비로소 전기적으로 관련이 있다. 공통접지와 Hot, 또는 공통접지와 Cold 이렇게 두 극이 서로 회로적으로 관련이 있을 때에만 말이다. TRS나, 스테레오 케이블에서도 마찬가지인데, 공통접지를 기준으로 한 심, 한 심 만으로 두 개의 채널을 만들어낸다.
8. 차량에서의 접지
차량을 관리할 때 흔히 접지라는 말을 쓰는 작업이 있는데, 사실 이것은 접지라는 말이 적절치 않은 경우이다. 이것은 접지가 아니라 차량에서 여러 장치에 전력을 소모하고 배터리로 다시 들어가는 전류의 마이너스(-)극 연결을 보강하는 것이다.차량에서는 차체 그 자체가 마이너스(-)극으로서 이용된다. 연식이 지나고 외부 환경에 노출되다 보면 차체와 배터리 마이너스(-)극이 연결되어 조여진 차체측의 케이블 단자(홀, 볼트, 너트, 케이블 압착부위 등)가 산화되어 녹이 발생한다. 이때 필연적으로 저항이 높아져 전류 흐름에 방해는 될 수 있으나 녹을 제거하거나 환원시킨 후 다시 케이블 단자를 잘 조여주기만 하면 될 일이지 여기저기에 접지 튜닝이랍시고 케이블을 갖다 추가로 달아놓는 것은 당연히도 특별한 효과가 없다. 마이너스(-)측 케이블들에 문제가 없다면 차량에서 체감하는 문제는 다른 문제일 가능성이 99.9%이다.
유조차 같이 적재물이 정전기에 취약한 차량은 정전기 방출을 위해 지면으로 연결되는 접지선을 가지는 경우도 많다.
9. RF에서의 접지
사실 이것도 접지라 보기에는 좀 힘들다. 모노폴 안테나를 사용할 때 땅이 나머지 반쪽 역할을 하게 되어 결론적으론 안테나가 잘 매칭이 되게 하는 것이다. 카운터 포이즈는 땅에 선을 늘여놓은거라 생각하면 되고, 레디얼은 공중 같은 곳에 안테나를 설치할 때 1/4 파장의 금속성 막대를 소자 아랫쪽에 달아놓는 것이다. 차량에 안테나를 설치하고 접지를 할 때에는 차체 도색을 벗기고 편조선으로 접지한다. 차체가 나머지 1/4 역할을 하게 하는 것이다.광석 라디오를 들으려면 안테나 반대편 극을 접지해야 한다. 모노폴 안테나는 한쪽 극을 접지해야 하기 때문에 위와 같은 이유도 있다. 하지만 광석 라디오를 접지하면 소리가 더 커지긴 하는데 접지상태에 따라 저항이 줄어들기 때문이다.
경우에 따라선 건물에 접지 선이 설치되어 있지 않아 임시방편으로 TV 동축 케이블 등을 통해 접지 하는 경우가 있는데, 회로 상으로는 대지와 연결된 접지단자가 맞기는 하지만, 동축 케이블의 접지는 전기적인 노이즈를 감소시키기 위한 접지이기 때문에 전기 접지로 사용하기는 적합하지 않다. 사실상 USB 케이블을 연결해두고 PC가 접지되어 있으니 접지가 되었다고 말하는 것과 같다. 따라서 동축 케이블의 접지로는 다른 사람들에게 피해를 줄 수 있고, 누전 시에 사용자를 보호할 수 없다. 또한, 동축 케이블이 번개에 맞으면 오히려 과전압/과전류가 역으로 타고 흘러 들어올 가능성이 있다.
10. 주의 사항
수도관에 접지를 하는 경우가 있는데 이 경우 동축 케이블과 마찬가지로 상당한 민폐가 될 수 있다. 수도관이 부식될 수도 있다. 교류 성분이라도 직류와 마찬가지로 금속을 부식하는 것은 똑같다. 금속 관으로 된 라디에이터에도 똑같이 해당된다. 한편 1966년에 발행된 전기안전학회지 내용을 인용하면, '수도관에 교류 회로의 접지를 허용하더라도 전식 작용(전기가 금속을 부식시키는 작용)은 발생하지 않고 수도 사용자에게 위험을 주지 않는다'고 기술되어 있다. 참고 문헌:26 페이지 결론 부분 전기기사/전기공사기사 및 산업기사에서 전기법규 과목 내용 중에 "접지저항 3Ω 이하에서 수도관 접지가 허용된다"라고 나와 있다. 추가로 "접지저항 2Ω 이하인 경우 철골에 접지 할 수 있다''고 나와 있다. 그러나 요즘은 수도관들이 수도꼭지 제외하고 비금속 재질로 되어있는 경우가 많아 불가능하다.가스 파이프에 접지를 하면 폭발의 위험이 있다. 접지가 필요한 전자제품의 설명서를 보면 주의 사항에 "가스 파이프 (등)에는 폭발의 위험이 있으니 접지 하지 마십시오"라고 쓰여 있다.
황금귀 중에서는 접지박스라는 요상한 물건이 판매되고 있는데 전기적으로 효과가 전혀 없는 물건이다. 멀티테스터로 찍어봐도 1uA의 전류도 안 흐르는 것을 볼 수 있다. 따라서 사기 제품이고 전기적으로 효과도 전혀 없다.[18] 전류는 폐회로에서만 흐른다는 기본적인 이론도 무시하는 제품이다.[19] 이런 제품은 접지가 전혀 되지 않아 당연히 매우 위험하다. 음향기기의 외함은 알루미늄 등 도체로 된 경우가 많아 누전 시 감전 사고가 일어날 가능성이 크다.
‘(가상의) 접지를 만들어주는 멀티탭’이라는 물건도 있다. 당연히 과장광고로, 애초에 건물에 접지 시공이 안 되어 있다면 멀티탭을 뭘 쓰든 접지 효과를 볼 수는 없다.[20] 다만 몇몇 제품은 아예 효과가 없는 것은 아니고, 멀티탭 자체에서 발생하는 노이즈+선을 타고 들어올 수 있는 전자기적 노이즈를 감쇄시키는 필터가 들어있다거나 해서 매우 제한적인 효과를 볼 수는 있다.[21] 그래서 이런 제품들은 ‘전자파 차단’ 같은 식으로 이름을 바꿔서 판매한다. 물론 당연히 전자파 차단도 허위/과장광고다. 즉 대부분 제품들은 그냥 사기이고 개중 몇 가지만 효과는 있으나 이도 과장 광고에 가까우니 구매할 것이라면 이를 염두에 두자.
일부 아파트에서는 오히려 접지선을 타고 노이즈가 들어오는 경우가 있다. 특히 엘리베이터가 작동할 때 노이즈가 생긴다. 이건 접지저항이 높아서 생기는 문제이다. 심한 경우에는 오디오는 물론이고 컴퓨터나 충전기, TV에서까지 울리는 고주파 노이즈가 올라온다.
11. 관련 문서
[1]
영어로도 ground connection이라고 한다.
[2]
단, 이는 전기를 연결한 곳과 해당 기기에 접지 시공이 정상적으로 이루어져 있고 적절한 방법으로 접지가 된 것을 전제로 한다. 모종의 이유로 접지가 부적절하게 이루어졌다면 접지 자체가 되지 않거나 후술할 그라운드 루프 현상 같은 문제가 발생해 접지를 안 한 것보다도 못한 상태가 될 수도 있다.
[3]
전기 에너지가 열 에너지와 기타 에너지로 변하지 않는다는 이상적인 전제하에
[4]
예시로, 기기가 접지 단자가 없는 어댑터를 쓰더라도 USB 연결을 통해 PC의 플러그를 거쳐 접지가 되는 경우가 있는데, 이 경우 접지가 가능한 어댑터를 쓰면 되려 PC<->기기 간에 그라운드 루프가 생겨 잡음이 없어지는 게 아니라 그냥 남아 있게 된다.
[5]
전기기타 내부에 접지 (포텐서미터 뚜껑에 납땜을 해서라도 음극의 저항을 높이려는 것)하는것도 앰프로 증폭된 전류가 연주자를 감전시키지 않게 하기 위함이다. 앰프가 접지가 안된다면 포텐서미터 뚜껑에 음극이 연결되어 있더라도 감전된다. 말 그대로
나갈때는 마음대로지만(전기기타 +극) 들어오는것은(앰프에서 증폭되어 스피커와 기타로 나눠져 들어오는 -극) 최대한 방해하는 것이다. 이런 이유로 전류가 나가는 쪽을 HOT, 전류가 순환하여 들어오는 쪽을 GND라고 하는것이다.(픽업의 +-를 반대로 연결하여 사용하는것도 가능. 돌아오면 안되는 gnd쪽 처리만 잘 해주면 된다.)
[6]
110V 체계의 경우 종종 콘센트 한쪽을 더 길쭉하게 해둬서, 그 부분이 접지 노릇하게 하여 중성선에 던지는 것으로 퉁치긴 하는데, 유독 대량의 전류를 유기해버릴 수 있는 특정 기기들은 반드시 접지선을 별도로 써야한다. 일본에 접지선이 들어가는 콘센트가 없는 낡은 집이 많긴해도, 어지간해선 가정마다 하나씩은 있긴 한 수 있는 이유다. 재수없게 그마저도 없다면 법적으로 접지가 별도로 필요한 기기를 위해서 따로 접지 수단을 마련해야 한다.
[7]
궁극적으로 모든 중성선은 최후에는 접지로 이어지지만 그게 중성선에 접지선 연결을 무작정 해도 된단 소리는 또 아니다.
[8]
딴건 몰라도 적어도 일본 기준으로 따로 접지를 하라고 하는 대형 기기들을 물리는 일은 절대 없어야 한다. 아예 중성선으로 대체 접지를 하는게 기본인 나라서도 중성선에 떠넘기는게 허용되지 않는 물건을, 하물며 애당초 중성선으로 떠넘기는걸 원천적으로 금지한 한국의 전력 체계에서 중성선으로 퉁치려했다간....;;
[9]
지반에 암반들이 너무 많고 단단해서 접지용 대못이 안 박히거나 뭐 그런 경우라든가, 아파트라서 대못 박고 접지선 연결할 방법이 없다거나...
[10]
대부분의 발전기와 변압기는 안정성을 높이기 위해 중성점(N선) 접지를 하기 때문이다. 전신주의 중성선 접지점과 접지용도로 가설된 접지선의 접지점의 거리는 최소 100m라고 보면 되기 때문에, 절대로 한 곳에 물려있는 그런 전기적 연결이 아니다.
[11]
건전지의 마이너스 극과 역할이 동일하다.
[12]
중성선은 정상 회로의 0V, 접지선은 비정상(누전) 회로의 0V가 되는 선로이다. 접지선으로 일부 전류가 흐르면 키르히호프의 법칙에 의해 총 전하의 량은 변하지 않음으로 중성선과 활성선의 전류량이 달라지고 누전 차단기가 OFF 된다.
[13]
변압기에서는 L1, L2, L3상을 묶고 접지를 시켜 중성선을 만든다.
[14]
다만 대지와 단절되어 있는 흙 덩어리라도 접지용량이 아주 작아서 그렇지 있기야 하기 때문에 극단적인 예시지만 특정 사용전류가 매우 적은 기구만 독립적인 전기 시스템 하에 물린다면 이론적으로는 효과가 있다. 물론 어떻게 봐도 현실적으로 뻘짓거리지만.
[15]
이런 시설물은 드물다. 그리고 이는 규격을 위반한 공사이다.
[16]
실제로는 4~6배
[17]
정도가 미약하면 금속으로 된 부분이 미약하게 떨리는 듯한 느낌이 난다.
[18]
이게 왜 전기적으로 효과가 없는지
키르히호프의 법칙을 참조.
[19]
물론 1~10nF정도의 정전용량에 의해 초고주파 대역을 흡수한다. 문제는 그 초고주파 대역이 수 MHz 수준이라는 점이다.
[20]
중성선에 접지하는 방법이 있지만 전술했듯 아무렇게나 그렇게 할 수도 없고 일반적으론 가정에서 합법적으로 중선선 접지가 가능하지도 않다. 중선선에 연결시켜 접지하는 일반 가정 환경용 기기에 허가가 나올 리가 없단 점이다.
[21]
물론 이렇게 필터가 먹은 노이즈도 결국 어딘가에 배출해야 하는 고로, 접지점이 섀시인 기기들의 섀시에 누적되는 누설 전류가 오디오 품질 저하를 일으킬 정도로 누적되지 않게 같이 누설 전류를 붙들고, 합법적인 선 내에서 중성선으로 배출되게 하는 수준으로 보인다. 어쨌든 덱-앰프는 기본적으로 섀시에 접지점을 가지고 있고, 이 섀시에 흘러가는 노이즈가 궁극적으로는 접지선을 타고 땅으로 가게 되어있는 것인데, 만약 접지가 안 된 경우에는 섀시에 노이즈가 유기된다는 것이다. 이게 어딘가로는 가야하므로 오디오 기기들로 흘러가서 소음을 만드는 것인데 섀시에 잔류 중인 누설 전류 또한 궁극적으로는 어딘가로 배출되어야 한다. 그러니까 오디오 기기로 흘러가는 노이즈를 분산해서 나눠 먹고, 섀시에서 느릿느릿 공기나 열로 배출되든 간접적으로 중성선에 던지든 해서 오디오 기기에 노이즈가 재생되는 비중을 줄이는 것이 이런 류의 제품들이 실질적으로 하는 역할일 것이며, 근본적으로 접지 자체를 대체하지는 않는다. 접지와 비슷한 방식으로 노이즈를 줄이는 필터 쯤으로 생각해야 한다. 없는 것 보다야 낫다만 접지가 되는 것은 아닌고로 노이즈가 아예 사라지지는 않으며 실제로도 진공관 처럼 노이즈에 극히 취약한 장비를 쓰는 경우 저런 제품으로 노이즈를 줄여도 험 노이즈가 상당히 많이 남는 걸 들을 수 있다.