접지(接地, 영어: grounding, earthing)는 전기 회로나 전기 설비의 특정 부분을 대지(Earth)에 전기적으로 연결하는 행위 또는 그 상태를 가리키는 전기·전자 공학의 기본 개념이다. 전기 설비의 금속 외함, 회로의 기준 전위점, 또는 전력 계통의 중성점 등을 접지 도체를 통해 대지와 연결함으로써 안전과 안정성을 확보하는 데 목적이 있다.
정의 및 원리
접지는 전기 회로에서 발생할 수 있는 누설 전류, 과전압, 노이즈 등을 대지로 우회시켜 인체 감전을 방지하고 기기를 보호하는 역할을 한다. 대지는 전기적으로 거의 무한한 전하 흡수 용량을 가지며 항상 0V(영전위)에 가까운 상태를 유지하므로, 접지를 통해 비정상적인 전류를 안전하게 방출할 수 있다. 접지의 기본 원리는 옴의 법칙에 기반하며, 인체 저항(약 2,500Ω)보다 접지 저항(법적 기준 100Ω 이하)이 훨씬 낮아 전류가 인체 대신 접지선을 통해 대지로 흐르게 하는 것이다.
목적에 따른 분류
접지는 목적에 따라 다음과 같이 분류된다.
- 계통접지(System Earthing): 변압기 중성점 등 전원 계통의 특정 점을 접지하여 이상 전압 억제 및 보호 계전기 동작을 위한 것이다. 고압과 저압의 혼촉에 의한 재해를 방지하기 위해 전력 계통에 행해진다.
- 기기접지(Equipment Grounding): 전기 기기의 금속제 외함을 접지하여 감전 사고를 예방하는 것으로, 외함접지라고도 한다. 절연 파괴로 금속 외함에 전류가 흐르는 지락(地絡) 상황에서 인체를 보호한다.
- 뇌해방지접지: 피뢰침에 연결되는 접지로, 낙뢰 시 발생하는 대전류를 대지로 방출한다.
- 정전기방해용 접지: 정전기 축적으로 인한 방전을 방지하기 위한 접지이다.
- 노이즈방지 접지: 전자기 간섭(EMI)을 억제하고 회로의 안정적인 동작을 위한 접지이다.
- 기능용 접지: 기기의 오작동 방지 등을 위해 특수 설계된 접지 방식이다.
회로적 분류
회로 설계 관점에서는 접지를 다음 세 가지로 구분한다.
- 대지접지(Earth Ground): 회로와 대지를 물리적으로 직접 연결하는 개념으로, 시스템의 안정성 확보를 위한 것이다.
- 섀시접지(Chassis Ground): 기기의 금속 외함(섀시)을 접지 기준점으로 사용하는 방식이다.
- 신호접지(Signal Ground): 회로 내에서 전위차의 기준점을 제공하기 위한 접지로, 회로의 정상 동작과 노이즈 간섭 최소화를 위해 설계된다.
회로도에서 대지접지는 특수한 기호(⏚)로, 섀시접지는 갈퀴 모양, 신호접지는 삼각형 모양으로 각각 표시된다.
GND와 Earth의 차이
회로 설계에서 GND(Ground)와 Earth(대지 접지)는 종종 혼용되지만 엄밀히 다른 개념이다. GND는 회로 내에서 전위차의 기준과 전기적 안정성을 제공하기 위한 개념으로, 회로의 입력 전압 레일이 단일 또는 다중 위상일 수 있으므로 회로 내 단일 개념이 아니다. Earth는 회로와 대지를 물리적으로 연결하는 개념으로, 시스템에서 발생하는 누전과 노이즈를 완화시킨다. 즉, GND는 회로의 안정성, Earth는 시스템의 안정성을 확보하는 개념이다.
시공 방법
접지 시공은 기본적으로 대지에 동봉(銅棒) 또는 동판(銅板)을 지하 75cm 이상 깊이에 매설하여 대지와 접촉시키고, 접지선을 배선하여 이루어진다. 접지 저항을 낮추기 위해 접지 저감제를 함께 매립하기도 한다. 접지선은 절연 전선 또는 케이블을 사용하며, 지하 75cm부터 지상 2m 높이까지 보호관으로 보호해야 한다. 접지극은 지하 금속체(수도관 등)로부터 1m 이상 이격하거나 30cm 더 깊이 매설해야 한다.
송배전 계통의 접지
3상 교류 송전 계통에서는 Y결선 시 3상의 파형이 상쇄되어 전압이 0이 되는 중성점(中性點)이 존재하는데, 이 지점을 접지하는 것을 중성점 접지라고 한다. 중성점 접지 방식에는 직접접지, 저항접지, 비접지, 소호리액터접지 등이 있으며, 대한민국에서는 154kV 이상 송전선에 직접접지 방식을 사용한다.
접지 공사의 생략 기준
일정 조건에서는 접지 공사가 생략될 수 있다. 예를 들어 직류 300V/교류 대지전압 150V 이하의 기계기구를 건조한 장소에 시설하는 경우, 이중절연 구조의 기계(헤어드라이어, 전동공구 등), 정격감도전류 30mA 이하·동작 시간 0.03초 이하의 누전차단기 설치 시 등이 해당된다. 다만 이는 인명 피해 가능성이 낮다고 판단하여 생략하는 것일 뿐, 기기 보호까지 기대하기는 어렵다.
주의 사항
접지와 중성선(N선)은 전기적으로 연결되어 있지만 엄연히 다른 개념이다. 중성선은 정상적인 회로 전류가 전력망으로 돌아가는 선로이고, 접지선은 비정상 전류(누전)를 대지로 흘려보내기 위한 선로이다. 수도관에 접지하는 경우 전식(電蝕) 작용으로 인한 부식 문제가 발생할 수 있으며, 가스관에 접지하면 폭발 위험이 있으므로 금지된다. 또한 접지가 부적절하게 이루어지면 그라운드 루프(Ground Loop) 현상이 발생하여 오히려 노이즈가 증가하거나 기기 오작동을 유발할 수 있다.
