안녕하십니까?

접지와 그라운드는 사실 혼용하여 사용하지만 조금 차이가 있습니다.

GND는 공통전압의 기준전압을 의미하고 접지[earth]는 이 기준전압이 지구의 전압 즉, 절대적인 0V라는 의미와 같습니다.

그러므로 일반적인 GND가 0V가 아닐수 있음은 당연합니다.

우선 기구물의 접지[안전접지]는 쉴딩(shielding)방법에 의하여 행하시면 됩니다.

즉,각종 전자 기기의 케이스는 쇠로 만드는 것이 보통이며, 이 케이스를 plug의 접지용 단자를 이용하여 지구와 "접지"를 하시면 기준전압이 0V가 되는 것입니다.

일반적인 GND설정은 조금 복잡한데, "한국 표준과학연구원"의 다음자료를 참조하시기 바랍니다. 아울러 다음부터는 전기전자기술 포럼을 이용해 주시면 감사하겠습니다

[전문]

1. 일반적인 접지의 목적

접지는 전기·전자장치로 침입하는 과전류를 차단하거나 방전시킴으로써 잡음 발생을 줄이고, 낙뇌등으로부터 전기회로 및 장치를 보호하고 아울러 전기적 충격으로부터 인명을 보호하기 위해 사용되며, 설치되는 주요 목적은 다음과 같다:

① 낙뇌, 과도전류, 과도전압, 역류 등으로부터 인명 및 시스템 보호
② 낙뇌 및 전원 개폐기로부터 유입되는 서지 전압에 대한 방전경로 제공
③ 시스템으로 유입되는 정전기 방지
④ 함체 내에서의 고주파 전위 제거 및 감소
⑤ 고주파 전류의 평형 및 안정을 위한 전도체 제공
⑥ 대지에 대한 회로전위의 안정화

2. 접지의 일반사항

접지의 효과를 높이기 위하여 접지 저항값은 가능한 한 작게 하는 것이 좋으나 경제적인 측면을 고려해야 한다.

① 접지선은 접지저항을 최소로 하기 위하여 가능한 한 짧고 굵게 하여야 한다.
② 아나로그, 디지틀 접지가 있을 때 접지점에 가까운 곳에 함께 묶어 단일접지시키고, 접지선의 길이가 λ/20 이상이면 다중접지시킨다.
③ 대지접지의 접지점은 대지의 고유저항이 적은 습지대, 즉 지표로부터 2∼3 m 깊이에 접지전극을 망형태(mesh ground)로 설치한다.
④ 접지의 효율 및 장기적 안정성을 위해 낙뇌 등으로 인한 과도전류를 충분히 흘려 보낼 수 있도록 임피던스 성분이 낮아야 한다.
⑤ 기존 접지가 산화 등으로 인해 규정 저항값을 유지하지 못할 경우에는 보강 접지(루프형 접지방식)를 하여야 한다.

3. 접지방식

일반적으로 전기, 전자장치의 접지는 목적에 따라 크게 안전접지(safety ground)와 신호접지(signal ground)로 나뉘어진다.

① 안전접지
안전접지는 전기, 전자장치의 함체를 전기적으로 대지에 접촉시켜 기구물의 전위를 대지 전위인 "0"전위(zero potential)에 가깝게 유지시킴으로써 감전의 위험으로부터 작업자를 보호하고, 교류 및 직류전원이 시스템함체와 단락됨으로써 발생하는 시스템 손상으로부터 시스템을 보호하며, 잡음 전압을 대지에 단락시킴으로써 실질적인 회로를 전기 및 자기의 간섭으로부터 차단하고, 시스템 장비 사이에 전위차가 발생하는 것을 방지하는 데 그 목적이 있다.

② 신호접지
신호접지는 전자회로에 공통전위를 공급하고, 시스템의 동작을 안정화기키는 목적으로 사용되는 접지로서 기능은 다음과 같다.

▶대지를 운용 회로의 일부로 활용
▶위험 및 잡음전류를 대지로 유도
▶고전압 및 각종 전자파잡음으로부터 보호
▶회로 및 장비, 시스템 사이에 낮은 상대 임피던스의 공통전위 제공
▶장파 안테나 시스템으로부터 보호

신호접지는 크게 단일접점 접지(single point ground)와 다중접점 접지 (multi-point ground)로 나뉘어지고, 단일접점 접지는 다시 직렬접속과 병렬접속으로 구분되는 데 이를 각각 공통접지(common ground)와 분리접지(separate ground)라고 부른다.

공통접지 방식은 그림 33(a)처럼 각 부시스템 단위의 접지선을 하나로 하는 접지방식으로서 각 부시스템의 접지전위로 인하여 다른 부시스템이 영향을 받기 때문에 전자파장해 대책 측면에서 보면 가장 바람직하지 못한 접지방식이다. 여기에서, 각 접지도체의 저항을 R_1, R_2, R_3 로 나타내고, 전류 I_1, I_2, I_3 를 각 회로에서의 전류로 표시할 때, A점 및 C점에서의 전위는

V_A = (I_1 + I_2 + I_3 )R_1                                   
V_C = (I_1 + I_2 + I_3 )R_1 + ( I_2 + I_3 )R_2 + I_3 R_3      

가 된다. 따라서 C점에서의 전위는 각각의 전위에 대한 잡음이 합쳐져 결합된 형태가 된다.

그림 33. 단일접지점 접지방식 (a) 공통접지 방식, (b) 분리접지 방식

그러나 이러한 접지방식은 배선이 가장 쉽기 때문에 가장 널리 사용되는 방식이기도하다. 그림 33(b)에 보인 분리접지 방식은 여러 부시스템 단위의 접지선을 따로 두고 한 곳의 접지점에 접속하는 방식으로서 각 부시스템의 접지전위에 의해 다른 부시스템이 영향을 받지 않아 접지전류들 사이에 결합이 일어나지 않기 때문에 저주파영역에서 가장 바람직한 접지방식이다. 그러나 시스템이 커지면 많은 양의 배선이 필요하게 되고, 고주파 영역에서 접지도체의 인덕턴스 성분이 접지 임피던스를 증가시키며, 접지선에 따르는 유도성결합과 접지선 사이의 용량성결합이 발생하여 문제가 된다.


다중접지점 접지방식은 그림 34에서 볼 수 있는 것처럼 각 부시스템 단위의 접지선을 각각 별도로 연결하는 방식으로서 모든 회로들은 가장 가까운 저임피던스 접지판에 연결된다. 이러한 방식은 고주파 영역에서 접지선의 인덕턴스에 의한 접지 임피던스의 증가를 막기 위해 접지선을 짧게 하여 접지 임피던스를 최소화하기 위해 사용된다.

그림 34. 다중접지점 접지방식

일반적으로 1 MHz 이하의 주파수에서는 단일접지점 접지방식을 사용하고, 10 MHz 이상의 주파수에서는 다중접지점 접지방식을 사용한다. 그러나 1 MHz ∼ 10 MHz의 주파수대역에서는 접지도체의 길이가 λ/20 이하일 경우 단일접지점 접지방식을 사용하여도 되지만 λ/20 이상이면 다중접지점 접지방식을 사용하는 것이 유리하다.

그림 35. 직렬접지와 병렬접지가 조합된 접지방법의 한 예

4. 저주파수 접지

저주파수대역에서 가장 바람직한 접지방식은 병렬 형태의 단일 접지점 접지방식이지만 시스템의 규모가 큰 경우에는 실용적이지 못하며, 따라서 직렬형태와 병렬형태의 조합에 의한 단일 접지점 접지방식이 바람직하다. 이것은 선택적으로 접지선의 군을 만들어 사용하는 방법으로서 낮은 레벨의 전자회로에 사용하는 신호접지와 릴레이, 모터 등의 회로에 사용하는 잡음성 접지, 그리고 함체에 사용하는 하드웨어 접지 등 적어도 3 개 이상의 접지선을 필요로 하며, 이러한 접지방식의 한 예를 그림 35에 보였다.

5. 고주파에서의 차폐접지

약 1 MHz 이상의 주파수에서 선로의 길이가 λ/20 이상이면 낮은 접지전위를 유지하기 위해 차폐선을 한 점 이상에서 접지시켜야 하는데, 차폐선의 접지되지 않은 끝부분에서는 그림 36에서 볼 수 있는 것처럼 표유 커패시턴스(stray capacitance)가 발생하여 전기적으로 분리가 이루어지지 않는다. 따라서 고주파대역에서는 차폐선의 양끝에서 접지시켜야 한다. 회로 내에 결합되는 접지 전위차에 기인하는 잡음전압은 잡음전압과 신호 사이에 큰 주파수 차이가 있기 때문에 여파기를 이용하여 제거할 수 있다. 또한 1MHz 이상의 주파수에서 신호선과 차폐선을 따라 흐르는 잡음전압과의 결합은 표피효과에 의하여 신호는 차폐선 내부로 흐르고, 잡음은 차폐선 외부로 흐르게 함으로써 감소시킬 수 있다.

그림 36의 경우, 표유 커패시턴스가 나타나는 차폐선의 한쪽 끝에 작은 용량의 커패시터를 부착하면 아주 넓은 주파수대역에서 사용이 가능하다. 그 이유는 저주파수대역에서는 커패시턴스에 의한 임피던스가 증가하여 단일저비점 접지처럼 되고, 고주파수대역에서는 커패시터에 의한 임피던스가 감소하여 다중접지점 접지처럼 되기 때문이다.

그림 36. 고주파대역에서의 표유용량에 의한 접지회로 구성

6. 전자교환시스템에서의 접지

전자교환시스템에서의 접지는 교환기 및 그 부대장비를 하나의 주접지반에 모두 접지시켜 대지전류 및 대지전위와 관게없이 항상 등전위를 이루게 하는 단일 접지점 접지방식을 적용한다. 전자교환시스템의 접지는 통신용 접지, 보안 접지, 피뢰 접지로 나뉘어진다.

① 통신용 접지
통신용 접지는 대지를 운용회로의 일부로 이용하여 위험 및 잡음전류를 대지로 유도하고, 각종 측정기기에 대해 기준 전위를 제공하며, 또한 고전압 및 각종 전자파잡음으로부터 회로를 보호하기 위해 설치하는 접지이다. 접지저항 기준치는 전기통신설비의 기술기준에 관한 규격 제21조에 규정된 값 이하로 사용하여야 하며, 접지 시공후 1년간은 매월 접지저항을 측정하여 자료를 기록하고, 관리하여야 한다.

▶500 회선 이하 : 10 Ω 이하
▶501 ∼ 5,000 회선 : 5 Ω 이하
▶5,001 ∼ 10,000 회선 : 2 Ω 이하
▶10,001 회선 이상 : 1 Ω 이하

② 보안 접지
보안 접지는 여러가지 수배전시설용 설비를 전기적으로 대지에 접속하여 방전경로를 제공함으로써 전기로 인한 인명, 설비 및 화재 등의피해를 사전에 예방하기 위해 설치하는 접지이다. 수배전시설용 보안접지는 전기설비기술 기준령 제19조에 규정된 값 이하이어야 한다.

③ 피뢰 접지
통신설비, 모든 금속부분 및 인명을 보호하기 위하여 낙뇌에 의한 과도전류를 안전하게 대지로 흐르게 하는 접지로서 낙뇌 방지용 피뢰접지 저항 기준치는 10 Ω 이하이어야 한다.

7. 배선방식

모든 배선은 배선이 만드는 루프와 케이블의 길이를 최소화하는 방향으로 설계되어야 한다. 케이블은 전자파장해의 원인이 될 수 있는 교류 전원케이블, 전자파장해원이나 피해원이 동시에 될 수 있는 직류 분배케이블, 피해원이 될 수 있는 아나로그 저전력 신호케이블이나 디지틀 신호케이블 및 로직케이블의 세종류로 나눌수 있으며, 이들은 반드시 분리시켜 배선하여야 한다. 배선의 기본 원칙은 다음과 같다.

▶교류 전원케이블은 프레임과 기기의 바닥을 따라서 배선한다.
▶직류 분배케이블은 교류 전원케이블과 분리하여 프레임과 평판을 따라 배선한다.
▶신호와 로직케이블은 전원케이블과 직류 분배케이블에서 거리를 두어 배선한다.
▶디지틀 신호 배선은 가능한 한 주위의 케이블에 대하여 케이블 1 m 당 2.5 cm 이상의 거리를 두어 배선한다.
▶저주파수대역에서는 케이블 차폐를 한쪽만 프레임 접지에 연결(일반적으로 수신측)할 수도 있으나, 고주파수대역에서는 접지되지 않은 실드의 한쪽 끝이 함체 내부로 장해전자파를 유기시키므로 양쪽 끝을 모두 프레임 접지에 연결시켜야 한다.
▶모든 경우에 사용되지 않는 케이블의 끝은 결코 플로팅(floating)시키지 말고 "0"전위 접지나 모조 부하(dummy load)에 연결하여야 한다.
▶배선을 따라 전파하는 장해전자파를 줄이기 위하여 페라이트 코어를 설치한다.
▶스위칭 전원공급장치는 장해전자파 발생의 주요 원인이 되므로 효율적인 여파기의 사용이 필요하다. 이때 여파기는 적절하게 접지되어야 한다.
여파기는 가능한 한 전원 가까이 위치시켜야 하며, 전원이 지나가는 첫 번째 소자가 되어야 한다.
▶AC 전원케이블의 차폐는 필수적이지는 않지만 기기의 운영기술, 논리회로의 속도 및 잡음 민감성, 전원공급장치의 종류, 주 전원 주위의 전자파잡음 등에 따라 차폐유무를 결정한다. 만일 효과적인 여파기가 요구되거나 성능 좋은 저임피던스 접지가 필요하다면 전원선 자체를 차폐시키는 것은 효과적이다.
▶만일 차폐된 전원선이 사용된다면 유연성있고, 수명이 긴 코어를 사용해야 한다. 어떤 경우에는 안정성 측면에서 이를 사용하지 못하게 되는 경우도 있다.
▶차폐되지 않은 케이블이나 잘못 접지된 차폐선이 함체를 통과하면 재복사가 일어나므로 주의해야 한다.