기계 접지란? — 기계 접지 방법과 접지선 굵기 선정 기준

기계 접지는 설비의 금속 프레임과 제어반, 모터 외함처럼 평소에는 전기가 흐르지 않는 부분을 대지와 전기적으로 연결해 두는 작업입니다.
설비를 새로 들이거나 개조할 때 배선과 배관은 도면대로 챙기면서 접지선 한 가닥은 “나중에 잡자”로 넘어가는 경우가 있는데, 그 상태로 몇 달을 돌다가 감전이나 정체불명의 오동작으로 되돌아오곤 합니다.
기계 접지는 감전 방지만을 위한 것도 아니어서, 누전차단기가 제때 떨어지게 만드는 조건이자 인버터 노이즈를 빼내는 통로이기도 합니다.
이 글에서는 기계 접지를 하는 이유부터 접지 대상 판정, 접지선 굵기 선정, 실제 시공 순서, 시공 후 검증 방법까지 순서대로 정리했습니다.

기계 접지란? — 보호접지와 기능접지의 구분

기계 접지는 설비에서 평소 전기가 흐르지 않는 금속 부분(노출 도전부)을 접지도체로 대지와 연결하는 것입니다.
모터 외함, 제어반 판넬, 기계 베이스 프레임, 컨베이어 구조물, 케이블 트레이처럼 사람 손이 닿는 금속이 모두 대상에 들어갑니다.
평소에는 아무 전류도 흐르지 않다가, 절연이 깨져 충전부가 금속에 닿는 순간에만 고장 전류가 지나가는 예비 통로라고 보면 됩니다.

보호접지(PE)와 기능접지(FE)는 목적이 다릅니다

현장에서 “접지선”이라고 부르는 것 안에는 목적이 다른 두 가지가 섞여 있습니다.
보호접지(PE, Protective Earth)는 사람을 감전에서 보호하려고 잡는 접지이고, 기능접지(FE, Functional Earth)는 기기가 제대로 동작하게 만들려고 잡는 접지입니다.
아날로그 신호선의 실드, 인버터 노이즈 필터의 접지, 통신 케이블 실드 접지가 기능접지 쪽에 해당합니다.

둘을 헷갈려서 기능접지 단자에 모터 외함 접지선을 물려두면, 안전 기능은 확보되지 않은 채 안전한 것처럼 보이는 상태가 됩니다.
제어반 안에 PE 단자대와 FE(또는 SG, 신호 접지) 단자대가 따로 있는 제품이라면 표기를 확인하고 물리는게 좋습니다.

KEC 종별 접지 폐지 이후의 용어

2021년 한국전기설비규정(KEC) 전면 적용 이후 1종·2종·3종·특별 3종으로 나누던 종별 접지는 폐지됐습니다.
지금은 목적에 따라 계통접지, 보호접지, 피뢰시스템 접지로 나누고, 시설 방법에 따라 단독접지, 공통접지, 통합접지로 구분합니다.
기계 설비에서 다루는 대부분은 이 중 보호접지이고, 여러 설비를 공장 접지선에 함께 연결하는 형태이므로 시설 방법으로는 공통접지에 해당하는 경우가 많습니다.

도면에 아직 “제3종 접지 100Ω 이하”처럼 구규정 문구가 남아 있는 사업장이 적지 않습니다.
구 도면을 그대로 따라 시공해도 물리적으로 큰 문제가 생기지는 않지만, 사용 전 점검이나 안전진단에서 지적 대상이 될 수 있으므로 신규 설비 도면부터는 KEC 용어로 정리해두는게 좋습니다.

기계 접지를 해야 하는 4가지 이유

기계 접지의 목적을 “감전 방지” 하나로만 알고 있으면 시공 품질을 판단하는 기준이 서지 않습니다.
실제로는 목적이 네 가지이고, 각각 요구하는 접지 품질도 다릅니다.

① 고장 전류가 사람 대신 지나갈 길을 만든다

모터 권선의 절연이 노후로 깨지면 상 전압이 그대로 외함에 실립니다.
접지가 없는 상태에서 작업자가 외함을 만지면 인체가 대지로 가는 유일한 통로가 되고, 이때 흐르는 전류가 감전 사고로 이어집니다.
접지선의 저항이 인체 저항(약 1,000Ω 이상)보다 압도적으로 낮으면 전류의 대부분이 접지선으로 빠지므로, 사람 쪽으로 흐르는 전류가 위험 수준 아래로 내려갑니다.

② 누전차단기가 트립할 조건을 만든다

접지의 실제 효과 중 가장 크게 체감되는 부분이 보호장치 동작입니다.
누전차단기는 들어간 전류와 나온 전류의 차이(누설 전류)를 감지해서 차단합니다.
외함에 전압이 실려도 대지로 빠지는 경로가 없으면 그 차이가 만들어지지 않아 차단기는 정상으로 판단하고 그대로 운전을 이어갑니다.

즉 접지 없는 설비에서는 누전차단기가 달려 있어도 사람이 만지는 순간에야 트립합니다.
그 시점에는 이미 인체에 전류가 흐른 뒤입니다.
누전차단기 선정과 감도전류에 대해서는 누전차단기 종류와 선택 방법에 정리해 두었습니다.

③ 아크와 화재를 줄인다

지락 전류가 접지선처럼 굵고 안정된 경로 대신, 볼트 접촉면이나 베어링처럼 접촉 저항이 큰 곳으로 조금씩 흐르면 그 지점에서 발열과 아크가 생깁니다.
분진이 많은 라인이나 도장 부스처럼 가연물이 있는 환경에서는 이 미세한 아크가 발화원이 되곤 합니다.
접지를 굵고 짧게 잡아 임피던스를 낮추면 고장 전류가 정해진 경로로 한 번에 빠지면서 차단기가 즉시 동작합니다.

이런 아크로 인한 화재를 방지하기 위해 신설 또는 보수하는 물류창고와 전통시장에는 아크차단기 설치가 의무화가 되었습니다. (100W 이상, 2028년 부터 시행)

아크차단기에 대해서는 아래 글에서 더욱 자세히 다뤘습니다.

④ 노이즈와 정전기를 빼낸다

인버터, 서보 드라이브, 스위칭 전원처럼 반도체 스위칭을 쓰는 기기는 동작 자체가 고주파 노이즈를 만듭니다.
이 노이즈가 빠져나갈 접지 경로가 부실하면 PLC 입력이 오검출되거나 아날로그 계측값이 흔들립니다.
필름이나 지류를 다루는 롤투롤 라인이라면 정전기가 더해져 소재가 붙고 작업자가 스파크를 맞는 문제까지 생깁니다.
노이즈 경로 설계는 노이즈 필터란? — 인버터 노이즈 대책과 선정·설치 기준과 함께 보면 이해가 빠릅니다.

기계 접지 대상과 제외 대상

어떤 설비에 접지를 해야 하는지는 취향이 아니라 법으로 정해져 있습니다.
산업안전보건기준에 관한 규칙 제302조가 전기 기계·기구의 접지 대상을 규정하고 있고, 여기에 해당하면 사업주 의무입니다.

접지가 의무인 경우

기계 프레임은 “전기 기기가 아니니까 대상이 아니다”라고 판단하기 쉬운데, 그 프레임 위에 모터나 히터가 볼트로 붙어 있으면 프레임 자체가 노출 비충전 금속체가 됩니다.
설비 단위가 아니라 금속이 이어져 있는 범위 단위로 보는 것이 판정 기준입니다.

접지를 생략할 수 있는 경우

같은 조문에 예외도 함께 규정돼 있습니다.
이중절연 구조로 만들어져 안전 인증을 받은 기기, 절연대 위처럼 감전 위험이 없는 장소에서 쓰는 기기, 그리고 절연변압기 2차측이 300V 이하·정격 3kVA 이하이면서 부하측 전로가 접지되지 않은 비접지 방식 회로에 물린 기기가 여기 해당합니다.

다만 현장에서 이 예외를 근거로 접지를 뺄 일은 많지 않습니다.
이중절연 마크(⧈)가 명판에 찍혀 있지 않은 이상 예외 적용은 어렵고, “절연 되어 있으니 괜찮다”는 판단은 절연 열화 이후를 설명하지 못합니다.
판정이 애매하면 접지를 하는 쪽이 비용도 훨씬 적게 듭니다.

기계 접지 방법 6단계

기계 접지 시공은 접지선을 어디에 물리느냐보다 어떤 순서와 방식으로 모으느냐가 품질을 좌우합니다.
아래 순서대로 진행하면 도통 불량이나 노이즈 문제 대부분을 예방할 수 있습니다.

1. 1단계 — 접지 기준점(메인 접지 단자) 위치를 먼저 정한다
   설비 한 대에 접지 기준점 하나를 정합니다. 보통 메인 제어반 하부 접지 부스바를 기준점으로 잡습니다.
   이 기준점에서 공장 접지 간선까지 한 가닥으로 나가고, 설비 내부 접지선은 전부 이 기준점으로 모입니다.
2. 2단계 — 스타(방사형) 결선으로 모은다
   모터 접지를 인버터 접지 단자에 물리고, 인버터 접지를 다시 판넬 접지에 물리는 식의 데이지 체인(직렬 연결)은 피합니다.
   각 기기의 접지선이 기준점으로 각각 직접 들어가는 방사형이 기본입니다.
   직렬로 물리면 앞단 기기의 노이즈 전류가 뒷단 기기 접지선을 타고 흐르고, 중간 볼트 하나가 풀리면 그 뒤 기기 전체가 무접지 상태가 됩니다.
3. 3단계 — 접촉면의 도장·산화 피막을 제거한다
   접지 단자를 붙일 자리의 페인트, 도금 위 이물, 산화 피막을 벗겨 금속면을 노출시킵니다.
   도장면 위에 압착단자를 그대로 조이면 볼트는 단단히 조여져 있는데 저항은 수십 Ω이 나오는 상태가 됩니다.
   도장을 벗기기 어려운 구조라면 톱니와셔(세레이션 와셔)를 끼워 도장을 뚫고 접촉하게 하고, 벗긴 자리는 시공 후 방청 처리를 해두는게 좋습니다.
4. 4단계 — 압착단자로 확실히 물린다
   접지선 끝은 링형(O형) 압착단자로 처리합니다.
   Y형(포크형) 단자는 볼트가 조금만 풀려도 빠질 수 있어 진동이 있는 기계에는 적합하지 않습니다.
   한 볼트에 접지선 여러 가닥을 겹쳐 조이는 것도 피합니다. 한 가닥을 다시 풀 때 나머지가 함께 헐거워집니다.
5. 5단계 — 접지선을 최단 거리로, 동력선과 나란히 포설한다
   접지선을 동력선과 다른 경로로 멀리 돌리면 루프 면적이 커져 노이즈에 취약해집니다.
   모터 케이블과 접지선은 같은 트레이, 같은 경로로 가는 것이 좋고, 길이는 짧을수록 유리합니다.
   특히 인버터 접지선을 다른 층 접지반까지 길게 끌고 가는 배선은 노이즈 대책 측면에서 손해입니다.
6. 6단계 — 색상과 표시를 규정대로 맞춘다
   보호도체(PE)는 녹색-황색 조합으로 표시하는 것이 KEC 기준이고, 이 색은 접지 외 용도로 쓰지 않습니다.
   접지 단자에는 접지 기호를 표시하고, 준공 도면에 접지 계통도를 남깁니다.
   표시가 없으면 다음 개조 때 다른 작업자가 접지선을 신호선으로 오인해 잘라내는 일이 생깁니다.

기계 주변 금속 구조물의 등전위 본딩

접지 대상은 설비 자체의 노출 도전부만이 아닙니다.
설비에 전기적으로 연결돼 있지 않은데도 대지 전위를 끌고 들어오는 금속을 계외 도전부라고 하고, 여기에는 배관, 덕트, 안전펜스, 작업 발판, 케이블 트레이가 해당합니다.
작업자가 한 손으로 기계 프레임을, 다른 손으로 옆 배관을 잡는 순간 두 금속 사이 전위차가 그대로 인체에 걸리므로, 이 둘을 본딩해 전위를 같게 만들어 두는 것이 등전위 본딩입니다.

본딩 대상 판단은 간단합니다.
작업자가 설비를 조작하면서 동시에 손이 닿을 수 있는 범위(대략 팔 길이 안)의 금속은 전부 같은 접지 기준점으로 묶는다고 보면 됩니다.
배관처럼 플랜지 사이에 개스킷이 들어가 도통이 끊기는 구간에는 본딩 점퍼선을 별도로 걸어주는게 좋습니다.

기계 접지선 굵기 선정 기준 (KEC 142.3.2)

접지선 굵기는 “굵으면 좋다”가 아니라 상도체 단면적에서 계산으로 나옵니다.
KEC 142.3.2 보호도체 규정은 상도체 단면적 S(구리 기준, ㎟)에 따라 아래처럼 정하고 있습니다.

계산값이 규격 사이즈에 딱 떨어지지 않으면 바로 위 규격품으로 올려서 적용합니다.
47.5㎟라는 전선은 없으므로 50㎟를 쓰는 식입니다.

이 계산을 매번 손으로 하기 번거로우면 접지선 굵기 계산기 — KEC 기준 보호도체 단면적 계산에 상도체 굵기만 넣으면 하한 적용과 규격품 올림까지 한 번에 나옵니다.
상도체 굵기가 아직 없으면 모터 용량으로 역산하는 모드도 함께 넣어 뒀습니다.

모터 용량별 접지선 굵기 조견표

현장에서는 상도체 단면적보다 모터 용량이 먼저 손에 잡히므로, 자주 쓰는 용량대의 값을 정리해 두면 판단이 빨라집니다.
아래는 380V 3상 유도전동기를 짧은 거리로 배선하는 일반적인 조건에서의 예시입니다.

이 표의 전원 케이블 굵기는 배선 거리와 포설 방법에 따라 달라지므로 그대로 옮겨 쓰면 안 되고, 실제 선정한 상도체 굵기를 확인한 뒤 위 KEC 표를 적용하는 순서로 가는게 좋습니다.
표는 “대략 이 근처가 나온다”는 감을 잡는 용도로만 보는게 좋습니다.

여기에 최소 굵기 하한이 별도로 있습니다. 기계적 보호가 없는 보호도체는 구리 4㎟ 이상, 전선관이나 케이블 내부처럼 기계적으로 보호되는 경우는 구리 2.5㎟ 이상입니다.
계산값이 1.5㎟로 나와도 노출 배선이면 4㎟를 써야 한다는 뜻입니다.

접지도체(설비에서 접지극까지)는 별도 기준

설비 안에서 쓰는 보호도체와 달리, 설비 접지 기준점에서 접지극까지 나가는 접지도체는 최소 단면적 기준이 따로 있습니다.
큰 고장 전류가 흐르지 않는 경우 구리 6㎟ 이상, 철제 50㎟ 이상이 기준이고, 피뢰시스템이 접속되는 접지도체는 구리 16㎟ 이상이 필요합니다.
중성점 접지용 접지도체는 구리 연동선 16㎟ 이상입니다.

상도체 굵기 자체를 확인해야 한다면 전선 굵기 선정 — 허용전류·전압강하·KS 규격 기준 가이드와 전선 허용전류 — 전선 굵기별 전류값과 보정계수를 참고하는게 좋습니다.

굵기만 맞추고 놓치기 쉬운 것

접지선 단면적을 맞춰도 압착단자 규격이 맞지 않으면 그 지점이 병목이 됩니다.
16㎟ 전선에 10㎟용 단자를 억지로 물리면 소선이 잘리거나 압착이 헐거워져 실제 도통 단면적이 절반 이하로 줄어드는 경우가 있습니다.
전선 굵기, 압착단자 규격, 볼트 사이즈 세 가지를 한 세트로 확인하는게 좋습니다.

인버터가 붙은 설비의 기계 접지

인버터가 들어간 설비는 접지 요구 수준이 한 단계 올라갑니다.
인버터는 IGBT를 초당 수천 번 스위칭하면서 전압을 급격히 변화시키는데, 이 과정에서 케이블 대지 정전용량을 통해 고주파 누설 전류가 상시 흐릅니다.
이 전류가 돌아갈 길이 접지선이므로, 보호접지용 굵기만 맞춰서는 부족합니다.

인버터 접지에서 챙길 것

• 인버터 PE 단자에서 판넬 접지 부스바까지 최단 거리, 굵은 선으로. 제조사 매뉴얼이 인버터 용량 대비 굵은 접지선을 요구하는 이유가 고주파 임피던스 때문입니다.
• 모터 케이블은 실드 케이블을 쓰고, 실드를 양단 접지합니다. 보호접지와 달리 노이즈 실드는 양단 접지가 고주파 차폐에 유리합니다.
• 신호선 실드는 한쪽 끝(수신측 또는 인버터측)만 접지합니다. 양단 접지하면 접지 전위차 때문에 실드에 순환 전류가 흘러 오히려 노이즈가 유입됩니다.
• 인버터, 모터, 필터의 접지를 한 지점으로 모읍니다. 각각 다른 접지점으로 흩어지면 그 사이에 전위차가 생기고, 그 전위차가 통신선을 타고 흐릅니다.

인버터 노이즈 필터 내부 커패시터의 누설 전류가 여러 대 합산되면 감도전류가 낮은 누전차단기가 자주 트립하는 경우가 있습니다. 이때 접지를 떼는 것으로 대응하면 안 되고, 지연형이나 고조파 대응형 제품으로 바꾸는 방향이 좋습니다.

축전류와 베어링 전식

인버터로 구동하는 모터에서는 축과 베어링을 통해 미세한 전류가 흐르는 축전류 현상이 생깁니다.
이 전류가 베어링 궤도면에서 방전되면 국부 용융이 반복되면서 줄무늬 형태의 손상(전식, fluting)이 남고, 소음과 진동이 커지다가 조기 파손으로 이어집니다.
대책은 절연 베어링, 도전성 씰, 축 접지 브러시(shaft grounding ring)를 쓰는 방향이고, 어떤 쪽이든 모터 프레임 접지가 제대로 잡혀 있는 것이 전제입니다.

인버터 자체의 종류와 제어 방식은 인버터 종류와 원리 — V/F·벡터 제어 4가지 선정 기준에 정리돼 있습니다.
제조사 배선·접지 지침은 LS ELECTRIC 인버터 매뉴얼이나 Rockwell Automation의 PWM 인버터 배선·접지 가이드라인에서 확인할 수 있습니다.

기계 접지 시공 후 검증 — 도통 시험과 접지저항 측정

기계 접지에서 가장 자주 빠지는 단계가 검증입니다.
접지선이 눈으로 연결돼 있다는 것과 고장 전류가 실제로 흐를 수 있다는 것은 다른 이야기입니다.
확인해야 할 항목은 성격이 다른 두 가지입니다.

① 보호본딩 회로 도통 시험 (설비 내부)

기계의 전기장비 안전 규격인 IEC 60204-1(KS C IEC 60204-1) 18.2.2는 PE 단자와 보호본딩 회로 각 지점 사이의 저항을 측정하도록 요구합니다.
시험 전류는 최소 0.2A에서 약 10A 범위, 무부하 전압은 24V AC/DC 이하의 분리된 전원을 씁니다.
판넬 내부 노출 도전부에 대해서는 IEC 61439-1 10.5.2 기준을 적용해 10A 이상을 흘렸을 때 저항이 0.1Ω을 넘지 않아야 합니다.

여기서 중요한 것은 일반 멀티미터의 저항 측정 모드로는 판정이 어렵다는 점입니다.
멀티미터는 수 mA 수준의 미세 전류만 흘리므로, 접촉면이 산화돼 실제로는 전류가 안 흐르는 상태에서도 낮은 저항값을 보여주곤 합니다.
도통 시험은 전용 저저항계(마이크로 옴미터)나 접지 도통 시험 기능이 있는 절연저항계로 하는게 좋습니다.
HIOKI, KYORITSU, Megger, Fluke 같은 계측기 제조사가 접지 본딩 시험(Earth bonding / Continuity) 기능을 갖춘 모델을 내놓고 있고, 사양표에서 시험 전류 10A 이상 출력 가능 여부를 먼저 확인하면 됩니다.
설비 인수 검사에서 성적서를 요구받는 경우라면 측정값이 자동 기록되는 모델이 편합니다.

측정 대상은 PE 단자와 판넬 백플레이트, 도어, 인버터 케이스, 모터 프레임, 기계 구조물 각 지점입니다.
특히 판넬 도어는 힌지를 통해 도통된다고 가정하면 안 됩니다. 도어에는 별도 본딩선(보통 편조선)을 반드시 연결합니다.

② 접지저항 측정 (설비에서 대지까지)

접지극과 대지 사이의 저항은 접지저항계(어스 테스터)로 3극법 또는 클램프 방식으로 측정합니다.
클램프식은 접지선을 물기만 하면 되어 편하지만, 여러 접지극이 병렬로 연결된 다중접지 계통에서만 값이 유효합니다. 접지극이 하나뿐인 단독접지 설비에서는 전류가 순환할 경로가 없어 측정이 성립하지 않으므로, 보조 전극을 박는 3극법으로 측정해야 합니다.
KEC 전환 이후에는 종별 접지처럼 일률적인 저항값 기준이 없어졌고, 허용 접촉전압을 기준으로 판정합니다.
TT 계통에서는 누전차단기 정격 감도전류(I△n) 중 최소값을 기준으로 접지저항(Ra)을 정하고, Ra × I△n 값이 인체 허용 접촉전압 이하가 되도록 합니다.

예를 들어 감도전류 30mA 누전차단기가 걸린 회로라면, 접촉전압을 50V 이하로 보려는 경우 Ra는 50 ÷ 0.03 ≈ 1,666Ω 이하면 계산상 성립합니다.
다만 이 수치는 계산상의 상한일 뿐이라, 실무에서는 여유를 크게 두고 누전차단기 보호를 받지 못하는 계량기함·배전반 등에는 100Ω 이하를 권장하는 기준을 함께 봅니다.

측정 기록을 남기는 이유

준공 시점의 도통 저항값과 접지저항값을 설비별로 기록해두면, 몇 년 뒤 값이 올라갔을 때 열화 여부를 판단할 수 있습니다.
초기값이 없으면 지금 측정한 0.3Ω이 원래 그랬던 것인지 나빠진 것인지 알 수 없습니다.
접지 계통도와 측정값 한 장을 설비 이력에 붙여두는 것만으로도 이후 트러블슈팅 시간이 크게 줄어듭니다.

기계 접지 현장 실수 체크리스트

아래 항목은 실제 설비 점검에서 반복적으로 발견되는 기계 접지 불량 유형입니다.
신규 설비 인수 검사나 기존 설비 안전 점검 때 순서대로 확인하면 됩니다.

이 중에서 실제 사고와 가장 가깝게 연결되는 항목은 도장면 접지와 판넬 도어 본딩 두 가지입니다.
둘 다 겉으로는 접지선이 멀쩡히 연결돼 있어서 육안 점검에서 걸러지지 않고, 도어처럼 사람이 매일 손대는 부위라 위험도가 높습니다.

제어반 구성 부품 전반을 함께 점검하려면 전기 판넬 구성 부품 기초 — 제어반으로 보는 8가지 핵심 부품을, 모터 단자함 결선을 확인하려면 모터 결선법 — 스타·델타·Y-△ 기동 배선을 참고하면 됩니다.

기계 접지에서 자주 나오는 질문과 오류 해결

정리

기계 접지는 감전 방지 장치이면서 동시에 누전차단기가 동작하기 위한 전제 조건입니다.
접지선 굵기는 상도체 단면적에서 KEC 기준으로 계산해 정하고, 시공은 기준점 하나를 정해 방사형으로 모으며 접촉면의 도장을 제거하는 것이 핵심입니다.
그리고 시공이 끝나면 10A를 흘려 0.1Ω 이하인지 확인하는 도통 시험까지 해야 접지가 완성됩니다.

담당 설비 제어반 앞에 서 있다면, 오늘은 도어에 별도 본딩선이 달려 있는지 하나만 확인해보세요.
힌지만 믿고 본딩선이 빠져 있는 판넬이 꽤 많고, 도어는 사람이 매일 손대는 금속면이라 확인 대비 효과가 가장 큰 항목입니다.

본 글은 일반적인 기술 정보 제공을 목적으로 작성되었으며, 실제 설계 및 시공 시에는 반드시 자격을 갖춘 전문가와 상담하시기 바랍니다. 현장 조건과 법규에 따라 적용 방법이 달라질 수 있습니다.