어스시스템의 세계화와 진화(1)

어스 시스템의 세계화와 진화(earthing system worldwide and evolution)

이 글은 어스 시스템의 기원을 역사적인 관점에서 고찰한 다음, 각국의 중전압 고전압의 서브시스템과 특히 저전압의 주거용 또는 상업 내지 기업용과 기타 전문성 배전에 관한 정보를 제공하고자 하는 것이다.
전기 설치는 도처에 전자기기(electronics)가 있어서 저전압(소비자 사용전압)에서 사용하는 어스 시스템을 새로운 안목으로 자세히 살펴 볼 것을 요구하고 있다.
여러 시스템을 검토해보면 결국에는 TN-S와 TT를 합친 시스템으로 진화하게 될 것이 틀림 없다. 어스 시스템 선택의 관점은 자꾸 바뀐다.
이글을 읽게 되면, IEC 364(60364)에 친숙하게 될 뿐 아니라, 어스 시스템 선정에도 도움이 될 것으로 여겨진다.

1. 표준화된 어스 시스템의 고찰

전력은 1900년대에 실용화 하였다. 오늘날 전기 설치 표준은 고도로 발달하였고 안전 설치를 위해 모든 것을 고려하였다. 저전압에 있어서 IEC 364 는 기준적 표준이다. 표준 제정자는 인명과 재산 보호를 보장하기 위한 것으로 특별한 주의를 기울였다. 이러한 주의의 결과로 세 개의 어스 시스템이 나왔다. 이러한 세 개의 시스템을 재고하기 전에 우선 이들의 실시에 대한 간략한 역사를 알아본다.

전기의 위험과 인명보호의 역사

• 18세기. 절연된 어떤 물체의 마찰이 정전기를 일으키는 실험을 하다. 번개의 전기적 성질을 보여주는 몇 가지 위험한 실험을 한다. 1780년에 우연히 <정전기 기계>가 개구리의 다리를 움직이게 하는 것을 관찰한다. 갈바니는 전기에 의하여 근육이 반응하는 것을 관찰한다.
• 1880년. 전기를 보내기 위하여, 아크 램프를 켜기 위한 100V DC를 얻기 위해 전압을 1300V로 높여 보낸다(1882년 무니히 박람회에서). 그리고 그레노블과 비질 사이에서는 3000V로 높인다. 절연파괴로 회로가 쇼트된다. DC 100V 전압은 진위는 밝혀지지 않았으나 만지기에 위험하지 않을 수 있다.
• 1886년. 미국에서 첫 배전 설치. 500V AC를 발전하여 16개의 조그만 변압기를 설치하여 소비자에게 처음으로 100V AC를 공급한다.
• 1889년. 북 아메리카에서 AC와 DC 전류의 안전성 다툼. * 에디슨은 DC를 고집한다. 사람에게 AC는 위험한 것이라고 기사를 낸다. 개와 말에 시험을 한다. 웨스팅하우스는 AC를 지지한다. 에디슨은 웨스팅하우스에 겨뤄볼 것을 신청한다. 100, 150, 200V 에 대하여 에디슨은 DC, 웨스팅하우스는 AC에 걸었다. 예견하기로는 AC 200V에서 웨스팅하우스가 패할 것이 틀림없었다. 결투는 길게 수행되지 않았다. 전봇대에 올라간 전보 기사는 뉴욕의 심장부에서 감전사했다.
• 1890년. 크레믈러는 전기의자실(사형실)에 들어가는데 AC전류에 감전사한다. 그리하여 19세기 말에 전류가 사람에게 위험한 것이며 AC가 DC 보다 더 위험하다고 기술/과학 사회에서 명백하게 되었다.

어스 시스템의 위험

어스 시스템은 인명보호의 증진을 위한 오랜 진화의 결과이다.

• 1880년에서 1920년까지는 전력의 송전과 배전은 <어스 안된 중성>을 사용하여 이루어진다.
  전선은 절연되지 않았고, 닿지 않는 거리에 두고, 절연체로 지지하였으나 네트워크의 어느 곳에서도 의도적으로 어스 하지는 않았다. 가정에서 전압은 100이나 110V AC이었다. 이 시기에는 퓨즈가 나갔고 사람들은 <감전>을 당했다. 그러나 배전 전압이 낮아서 얼마 안 되는 수의 사람들이 감전사 했을 것이다.
• 영국에서는 19세기 4/4분기에 전기 아크 전등이 빠르게 개발되었다. 가정에 보급되었을 때 보험회사는 케이블이 가늘다든지 잘 조여지지 않았다든지 절연이 깨졌다든지 등등으로 인한 화재의 위험 요인에 관여하게 되었다. 많은 보험회사에서는 그들의 위험을 최소화하기 위하여 여러 가지 규칙을 정했다.
• 1882년 5월에 전보 기술자와 전기 기술자 사회 위원회(뒷날의 IEE: the Institution of Electrical engineers)는 전등으로 인한 화재위험을 방지하기 위한 규칙 제정을 약속하였다. 그들이 만든 규칙은 계속해서 자신의 규칙을 출간하는 보험회사들에 비해 유명하지 않았다. 이 분야에서 IEE는 권위를 인정받지 못하였다. 1897년 3차 출간에서도 그러하였고 1919년에 가서야 보험회사의 반발이 끝나서 영국에서 IEE 규정이 거국적으로 용납되었다. 1882년 초간에서 사람의 안전에 관련한 규정은 두 가지였는데, 아무도 60V 이상인 전압에 노출되어서는 안되고, 한 방에서 200V를 초과하는 두 점이 있어서는 안 된다는 것이었다. 가정용 전압으로 작업하는 장비의 제작에서 금속 가공물의 어스에 관련한 것은 1924년 제 8차 출간에서 이였고, 적절한 어스를 하기는 항상 쉬운 것이 아니라는 것을 인식하게 되었다.
• 1930년에는 30mA의 어스 누전을 검출하게 되어 그것에 관한 요구사항이 도입되었다.
• 1923년 프랑스에서는 전기 설치 <표준>에서 프레임 어스를 해야 하는 것이 <요구사항>으로 정해졌다.
• 1. 고정했거나 움직이는 모터의 케이스로서 절연되지 않은 부분에 접촉할 수 있는 것으로서 150V 이상의 전압을 사용하는 것.
  2. 고정했거나 움직이는 가정용 장치로서 4kW이상 파워가 되는 것.
  3. 목욕실에 설치한 전기 목욕물 히터의 외함
  4. 전도성 액체가 흐를 수 있는, 그리고 절연 파괴가 가능하여 살아있는 것이 될 수 있는(전기가 운반되는 도체가 되는) 경사진 면에 놓인 금속부분.
• 표준은 어스 조건이나 저항 값에 대해서는 전혀 정보가 없었으며, 보호장치에 관한 조항도 없었다. 한 몇가지 퓨즈에 관한 항목은 있었으나 이런 것은 단지 설치 조건을 위한 것이었다. 이중절연에서 퓨즈가 나가는 것을 막기 위하여 먼저 번 사고가 있었다는 표시를 하는 것이 좋은 아이디어라는 것이 빠르게 밝혀졌다. 이러한 이유로 최초의 완벽한 절연 감시가 기업적 설비에 설치되었다. 전기 공급 도체의 각 상과 어스 사이에 램프를 달아서 폴트가 생기면 램프가 꺼지도록 한 것이다. 이리하여 최초의 어스 시스템이 나타난 것이다. 어스 안된 중성 시대이다. 지속적인 절연 감시장치(Permanent Insulation Monitor: PIM)로서의 3개의 램프(삼상용이므로)는 1955년까지 사용되었다. 1951년 진공관에 의한 전자식 PIM이 DC를 교류에 중첩하는 식으로 만들어 광산용으로 사용되었는데 상과 중성을 다 감시하였다.1962년에 트랜지스터로 만든 PIM이 (Vigilohm)이란 명칭으로 생산되었는데, 저주파 교류를 중첩시키는 것은 1972년에 처음 나왔다.
• 1927년에 프랑스 정부에서 공적인 배전(주거용)의 변압기 중성을 어스할 것을 요구한다. (U>=150V AC) 이시기에 프랑스에서는 연간 350kWh 가량의 전력 증가를 보인다. 이중 10분의 1이 LV이다. 전기회사는 많은 소비자에게 변압기를 가지고 전력을 공급한다. 그러나 접지하지 않은 중성은 두 소비자에게서 두 개의 폴트가 발생해서, 항상 퓨즈가 나갈 수 는 없을 것이기 때문에, 분명히 거기에는 화재의 위험이 있다(간접 접촉의 위험이 있겠으나 자주 있는 것이 아니고 또 접지의 문제인지를 잘 모르고 있었다). 그래서 정부의 요구는 위의 문제들을 소비자의 과실 탓으로 돌려 배전 망 정비로 기울어져 버렸다. 1935년에 노동자의 항의를 들어주는 정부 요구로 “부하의 접지와 자동 차단장치”가 처음 나왔다. 차단 장치는 퓨즈와 나머지전류 장치(RCD) 또 프레임과 어스 사이의 전압계가 달린 릴레이였다. 최초의 RCD는 1954년에 만들어졌다. 소비자를 보호하기 위하여 전기를 끊어주겠지만 전기공급회사는 불법적인 연결(상에서 한 선을 끌어오고 어스와 사이에 부하를 연결하는 것: 도전)을 막을 수도 있었다. 이것이 프랑스에서 어떻게 하여 접지 시스템 규정이 생기게 되었냐 하는 최초의 과정이다. 1962년에 프랑스 규정(Standard C 15-100)에 어스 안된 중성, 어스된 중성 그리고 TN 시스템이 정해진다. 이것은 직접 또는 간접 접촉에 따른 1차 보호 대책과 자동 차단장치를 분명히 하였지만, 그것의 동작 시간에 대한 정보는 없었다.
• 1973년에 프랑스 정부는 TN 시스템을 공포하였다. 1962년부터 1973년 사이에 각 어스 시스템은 유럽 각국에 급격히 보급되었다. 간단한 원리 즉 절연 폴트가 발생하면 SCPD (단락회로 보호장치: short circuit protection device)로 보호한다는 단순성 때문에 많이 보급되었다. 이것은 모든 노출된 금속부분을 모두 변압기에서 온 중성도체에 연결한다는 것으로서, 여러 나라(영국계열 국가)에서 공적인 거주자 배전에 많이 쓰고 있다. 직접 또는 간접접촉에 대해 사람을 보호하는 것은 폴트가 어디에서 생기든 어스 임피던스 고리의 임피던스 값에 관계되는 것이어서 임피던스와 SCPD의 동작 시간에 대한 규격을 정하여 보호 동작을 보장하게 된다. 1970년대에 IEC의 엑스퍼트에 의해 사람 몸의 임피던스와 인체 충격생리학 효과를 감안하여 보호 전압과 임피던스 등 규격이 정해진다. 한편 이러한 보호 시스템이 가진 문제는 폴트가 SCPD 동작으로 이어지는 변환과정에서 각종 장비가 피해를 입거나 화재가 발생할 우려가 생긴다는 것이다. 이것을 염두에 두고 절연 폴트가 상과 중성 사이의 깊숙한 폴트로 급격히 진행하는 막을 수 있는, 빠른 보호장치를 채택해야 할 것이다.

IEC 60364 - 3개의 어스 시스템

세 가지 어스 시스템 국제 표준이 수립되어 각국이 자기 나라의 표준으로 삼게 되었다.
이제 이들 각각에 대하여 어떻게 어스되어 있으며, 어떻게 관련되는 보호를 위해 차단 동작을 제공하는가 그 보호 원리를 간단히 살펴본다.

TN 시스템

1) 변압기 중성은 어스한다.

2) 전기 부하의 외함(frame)은 중성(PEN 도체)에 연결한다. 그러므로 상의 절연 폴트는 상과 중성의 쇼트상태로 전환된다. 따라서 SCPD로 보호한다. 폴트상태에서 외함의 전압은 상과 중성의 임피던스가 같다면 Uo/2 이 될 것이다. 상의 임피던스가 Zp이고 중성의 임피던스가 Zn이라 하면 간접접촉 폴트전압 Ud = Uo x [Zn/(Zn + Zp)] 가 될 것이다, Ud 는 50V 이하가 안전하다(TN-C).

3) 전기 부하의 외함은 변압기의 어스에서 나온 별도의 보호어스(PE) 도체에 연결한다(TN-S). PE 도체는 폴트 전류의 귀로이다. RCD로 폴트를 예민하게 감지하고 또 전기를 빠르게 차단 할 수 있다. 간접접촉 폴트전압 Ud = Uo x [Zpe / (Zp + Zpe)] 가 되어 TN-C와 유사하다.

TT 시스템

1) 변압기 중성은 어스한다(어스 A).

2) 전기 부하의 프레임은 별도로 어스한 PE(어스 B) 도체에 어스한다. 따라서 폴트전류는 변압기로 가지 않고 PE로 빠진다. RCD로 보호할 수 있으며 간접접촉 폴트전압은 각 어스 저항에 대하여 Ud = Uo x [Rb / (Rb + Ra)] 가 된다. 누전 전류는 최대로 50V/Rb까지 제한할 수 있다.

IT 시스템

1) 변압기 중성은 어스되지 않았거나(실제로는 배선의 스트레이 캐패시턴스가 연결된 것으로 봄)에 의하여 어스와 높은 임피던스를 가진다(약 1.5kΩ).

2) 전기 부하의 프레임은 어스에 연결되어 있다. 어스폴트 고리 임피던스가 아주 높으므로 폴트 전류가 매우 적고 따라서 직간접 접촉전압도 위험하지 않다. 그러나 한 설치에서 2개소 이상의 폴트가 동시에 발생하면 쇼트 회로가 형성된다. 따라서 이런 경우를 대비해서 SCPD로 보호한다. 어스 임피던스에 따라 RCD 사용도 가능하다.

2.세계의 어스 시스템

산업화 사회의 일반적인 국가에서는 저전압 공급망과 부하는 모두 사람을 전류로부터 보호하기 위해 어스하고 있다. 어스의 목적은 다음과 같다.

1) 정상적인 운영에서 살아 있는 도체의 전압을 어스에 대하여 일정하게 유지하고,
2) 전기 장치와 어스 사이의 절연 폴트가 생기면 외함 등 노출 도체가 위험한 전위가 되지 않도록 하며,
3) 전기 쇼크 또는 사람의 감전을 막기 위한 보호장치의 실현을 위해,
4) 또 공급 변압기 이전에서 생기는 폴트에 의한 전압 상승 제한을 위해 어스한다.

중전압 어스 시스템의 영향

위의 어스의 역할 중에서 넷째인 중전압의 저전압에 끼치는 사람과 재산의 영향에 대해 알아본다.
중전압 저전압 변전에서 저전압의 상과 프레임 사이의 폴트나 중전압 저전압 권선의 폴트는 저전압을 사용하는 장비와 사람에게 위험을 준다. 주거용이나 산업용의 저전압에서는 특별한 경우를 제외하고는 중성이 공급되지 않고 보호도체도 서브스테이션 사이에 또는 저전압 부하와 서브스테이션 사이에 없다. 이로 인한 상과 어스간의 단상에서의 쇼트 회로 전류는 어스 연결 저항과 제한 임피던스(만약 있다면 제로 시퀀스 발전기)에 의하여 제한된다.
아래 표는 각국의 공공 배전의 보기이다. 여러 나라에서 어스 연결은 서브스테이션과 중성은 어스 저항 값이 1Ω 이하이면 분리해야 한다. 임피던스 어스된 IT 시스템이 주로 허용되고 있는데 주의한다. 제로 시퀀스 제네레이터는 회로 망의 저항성 전류를 용량성 전류의 두 배나 되게 공급한다. 그래서 RCD의 사용이 폴트가능성에 대비한 보호를 보장한다.

선진 각국의 공공 MV 어스 시스템

국가	MV 어스 시스템	프레임 연결	비고(외함 어스 저항)
독일 10 및 20kV	어스 안함 또는 보상 Id < 60A	분리 Id x Rt < 250V 연결	Rp < 2Ω 또는 5Ω
오스트리아 11 및 12kV	직접 어스 Id = 수 kA	분리 Rt < 1Ω이면 연결	Rp < 5Ω
벨기에 6.3 및 11kV	제한 임피던스 Id < 500A	분리 d >= 15m이면 연결	Rp < 5Ω
프랑스 20kV	제한 임피던스 주상: Id <=300A 지중: Id <=1000A	분리, Rt 조건 주상: < 3Ω이면 연결 지중: < 1Ω이면 연결	주상: Rp<30Ω 지중: Rp<1Ω
영국 11kV	직결 또는 제한 Id < 1000A	분리 Rt <1Ω이면 연결	Rp < 25Ω
이탈리아 10~15 및 20kV	어스 안함 Id <= 60A	분리	Rp < 20Ω
아이레 10 및 38kV	10kV 어스 안함 38kV Id < 10A	분리 Rt < 10Ω이면 연결	Rp 를 어떻게 만드냐에 따라 규정
일본 6.6kV	어스 안함 Id < 20A	연결 조건 Rt < 65Ω	Rp < 20Ω
포르투갈 10 및 30kV	제한 임피던스 주상: Id <= 300A 지중: Id <= 1000A	분리 Rt < 1Ω이면 연결	Rp < 20Ω
미국 4 및 25kV	직결 또는 저임피던스 Id = 수 kA	연결	모든 (MV/LV) 어스를 연결
한국 22.9kV	직결 또는 저임피던스(?)	연결	MV, LV 모든 어스를 연결

저전압 어스 시스템

중전압/저전압 변압기는 유럽의 많은 국가가 델타/와이를 사용하지만 근래에는 와이/와이를 사용하는 나라가 많다. 그러나 미국과 일본은 단상 중점 어스 방식의 저전압 공급을 하고 있어서 다른 나라 변압기와 많이 다르다(미국은 주별, 지역별로 시스템 차이가 있다). 모든 규정이 그렇듯이 IEC 364도 많은 실제 사례를 모아 표준화한 것이다(IEC는 영어와 불어와 러시아어를 공용 표현하고 있다). 어스 시스템은 변화하고 있다. 그렇지만 TT, TN, IT는 각 나라에서 공공 또는 사적 배전에 사용하고 있는 어스 시스템의 구분 방법임에는 틀림이 없다.

가장 많은 나라에서 사용하고 있는 방식은 TT 방식과 TN 방식이다.
특별히 노르웨이에서는 IT 시스템을 사용하고 있다.
아래 표는 선진 각국의 저전압 어스 시스템 사용상황표이다.

선진 각국의 저전압(LV) 어스 시스템

국가	LV 어스 시스템	비고
독일 230/400V	TN-C 일부 TT	TN이라도 소비자 측에서 어스를 다시함. Rt < 2Ω
벨기에 230/400V	TT	Ru < 100Ω 소켓에는 30mA RCD 사용
스페인 230/400V	TT	Ru <800Ω 30mA RCD를 설치 끝에 사용
프랑스 230/400V	TT	Ru < 50Ω, (배선이 짧으면 100Ω) 소켓에 30mA RCD 사용
영국 240/415V	TN-S , TN-C TT(시골 일부)	도시지역에서는 TN-S 및 TN-C(15%), Ru < 10Ω
이태리 230/400V	TT	RCD를 사용하되 접지저항에 따라 Idn < 50/Ru 일반 소비자는 어스 없이 30mA RCD 사용
일본 100/200V 단상	TT	200V는 일부 지역에서 사용, Ru < 100Ω, 30mA RCD 많이 사용, 등전위 추구 안 함(지진문제).
노르웨이 230/400V	IT	어스 저항 값이 안 나와 채택한 시스템, 절연을 전제로 함, 30mA RCD 신호기, 2 폴트 SCPD 사용
포르투갈 230/400V	TT	Ru < 50Ω
미국 120/240V단상, 120/208V	TN-C	TN 이라도 소비자 측에서 다시 어스함, 모든 어스 연결은 공급 측 어스로 연결
중국 220/380V	TN-S, TT, TN-C	TN-C는 러시아 표준, 중국에서는 극히 일부에서 사용, 신설은 TN-S 가 많음
한국 220/380V	TN-C	모든 어스 연결은 공급 측 어스로 연결, 소비자 측에서 다시 어스함

저전압에서 말하는 TN-C 는 모두 TN-C-S 방식을 말한다.
TN-C는 등전위를 추구하는 면에 있어서 매우 효과적이다.

미국에서 중전압에서 저전압에 이르는 배전에서는 거의 매 400m 마다 어스를 추가하고 있으며, 영국에서는 도시의 배전에서 수많은 어스 연결이 저전압 중성 망에 되어있다. 영국의 중전압 배전 망은 TN-C로 많이 깔려 있다. 이러한 중성 망의 어스 연결로 인하여 소비자는 독자적인 어스 설치 필요성을 점점 느낄 수 없게 된다.

독일에서 소비자의 어스 연결은 변압기에서 바로 오는 중성에 하게 된다. 빌딩의 금속 구조물과 모든 금속 환기구는 소비자를 위하여 보호 도체와 연결하게 법으로 되어있다.

기업체와 전문성 설치에서 저전압 배전

세 개의 어스 시스템은 모든 나라에서 다양한 정도로 (고루) 사용된다.

1) TN-C 시스템은 앵글로 색손 계열의 국가에서 주의 깊은 설계와 잘 된 설치(SCPD와 어스 고리 임피던스 매칭, 그리고 이에 수반되는 장소의 모든 금속 물체를 보호 도체에 연결함)로써 사람의 안전은 물론 폭발이나 화재의 위험을 극도로 줄이게 된다. 그러나 현재로서는 컴퓨터로 제어하는 빌딩 관리(TBM)나 전력 관리(TPM) 그리고 집중화 기술관리(CTM) 등 통신전자 시스템을 구비한 구역에서는 TN-C 시스템을 권장하지 못한다. 왜냐하면 중성전류로 인한 PE 도체의 전류가 기준 전위의 변화를 가져오기 때문이다. 또한 전류를 운반하는 도체의 단면적이 (그 도체가 구리인 경우) 10mm2 이하인 경우는 TN-C로 해서는 안 된다는 것을 잊지 말아야 한다. 끝으로 어떤 나라에서는 (IEC 364의 권위에 반하는 것인데) 중성이 보호되지 아니하여 그것이 과전류로, 특히 부하에서 3배수 고조파가 발생하고 회로망에 의하여 곱하여져서(SMPS 전원장치를 쓰는 기기는 홀수 배수의 고조파를 많이 생성함), 손상을 입을 수 있다. 긴 안목으로 보아 국제표준은 TN-C에서 중성의 구조적 보호와 PEN 도체의 (파괴가 없는)진짜 보호에 대해 규정화해야 할 것이다.

2) TN-S 시스템은 TN-C 에 보호어스 도체를 추가한 것으로 중성이 독립되어 다른 시스템보다 더 유용성이 있고, 또 RCD를 배선이 매우 길거나 배선을 연장하는 경우에 사용하면, 어스 고리 임피던스의 계산 없이도, 사람의 보호와 화재의 예방에 쉽게 대처할 수 있다. 이러한 이로운 점이 있는 반면에, PE 도체를 통하여 어떤 회로의 어스폴트 전류 전류가 급격히 흐를 때, 주변의 전자기기에 전자기적 간섭을 일으키어 그 전자기기의 동작 성능에 지장을 줄 수도 있다.

3) IT 시스템은 TN-S 의 경우보다 주의를 많이 해야 한다. 폴트 예방을 위해 PIM 장치가 있어야 하는데, 요즘은 각 상의 폴트 진행을 감시하는 디지털 시스템으로 단순화되어 있다. 이 시스템은 폴트를 추적하고 제거하기 위한 주의를 환기시킨다. 여러 나라에서 어스하지 않은 중성(IT 시스템)은 공급의 연속성이 아주 중요한 곳이나 사람의 생명연장을 위한 전원에 쓰인다. 그러나, 영국에서는 TN-S가 병원에서 사용된다.

4) TT 시스템은 실시하기 제일 쉬운 시스템이다. 절연 폴트 전류가 다른 두 시스템에 비하여 1/1000에 지나지 않는다(어스 저항은 중성선 또는 PE도체 저항의 1000배 가량 되기 때문이다). 그래서 절연 폴트가 생겨도 화재나 폭발의 위험이 적고, 전자기적 간섭도 적다. 문제는 중전압 배전 시스템에서 영순위 폴트 전류가 중성이 서로 연결된 경우 되돌아옴으로써 파괴적인 절단이 생기는 점이다. 전 세계적으로 어스 시스템 사용에 대한 통계가 잡혀있지는 않지만 아마 시행의 단순성 때문에 개발 도상국에서 많이 쓰일 것 같다.

어스 시스템의 전문적인 설치 - 몇 개 국가의 실시 예

미국

모든 시스템이 다 실시되고 있지만 TN-S 시스템이 일반적이며 IT 시스템과 임피던스 어스의 IT 시스템도 제조 공장에서 사용하고 있다.
미국의 TN-S는 두 가지 특징이 있다.

1)중성이 보호되어있지 않고 스위치가 되지 않는다. 이에 따라 MV에서 기원한 폴트에 의하여 중성과 어스가 높은 전위차를 낼 수 있는 위험이 사람과 재산에 따르게 된다.

2)보호도체가 곳에 따라서는 케이블의 통로나 금속 도관과 같이 살아있는 도체 배선의 보호 도체로서 그 양부를 관리하기 어렵다. 그래서 NEC 230-95 (NEC: National Electrical Code) 에서 SCPD는 절연 폴트 사고의 안전을 항상 보장할 수는 없다고 되어있다.
폴트가 생길 수 있는 살아있는 도체와 PE 도체가 기구적으로 묶여있지 않기 때문에 높은 폴트전류가 발생하면 전기역학적인 힘에 의하여 케이블을 지지대로부터 이탈시킬 가능성이 있다. 이렇게 됨에 따라 과도 폴트가 발생하여 SCPD가 동작할 틈이 없이 화재위험을 일으키게 된다. 그렇다고 해서 보호도체를 살아있는 도체와 같은 것으로 하여 묶어 배전하면 PE 도체의 임피던스가 낮아져서 폴트 포인트의 I2t를 제한할 수 없게 된다(Id <= 1000A).

TN-S 에서 SCPD에 어떤 보호 장치를 추가하는 것은 미국사람의 사고방식, 즉, 어스 보호장치의 주된 목적이 ‘재산을 보호하고 화재 위험을 줄인다’라는 것을 상기하게 한다.

NEC는 최소한도의 요구사항으로, 저전압에서 RCD의 사용은 다음 세가지를 만족해야 한다고 되어있다.

1) 중성은 바로 어스한다.
2) 상과 중성의 전압이 150V 이상 600V 미만
3) 장치의 정상 동작전류는 공급의 끝에서 1000V인 때의 전류

남아프리카공화국

남아공은 금광이 많이 있는데 어스 시스템은 TN-S와 TT가 반반인 시스템을 쓰고 있다. 전압은 525/900V를 쓴다. 이 어스 시스템의 특징은 다음과 같다.

1)보호도체(PE)를 배선에 같이 한다.
2) 부하의 프레임은 PE에 연결하는데 PE는 MV/LV변압기의 레벨에 어스되어 있다.
3) 위 변압기의 스타점은 MV 배전선에서 절연폴트 전류가 20A이하가 되도록 저항(27Ω)을 통하여 어스한다.

이 시스템의 장단점은 아래와 같다.

장점

1) 폴트 시에 프레임을 만질 때 접촉 전압이 낮다. Ud = Uo x Rpe / (Rpe + Rph + 27Ω)
2) 낮은 폴트 전류로 인하여 부하의 폴트에 의한 화재의 위험이 현저하게 줄어든다.
3) RCD 작동 시간에 차별을 두어 폴트 위치를 변별한다.

단점

MV/LV변압기에서 파괴적인 합선이 생기면 어스 저항(27Ω) 때문에 LV 망 도체들의 전압이 상승하는 위험이 있다. (저항에 흐르는 전류에 의한 MV 상 도체 차단기가 필요하다.)

1) 어스 저항이 끊어지면 시스템은 IT 가 되고, 저항이 쇼트 되면 TN-C 시스템이 된다.
2) 고전적인 TT 나 TN-S에 비교하면 광산과 같이 400V 이상의 전압인 경우에 좋을 것이다.
절연폴트 전류를 제한해야 할 목적으로 이러한 “저 임피던스 어스된 TN-S” 시스템이 많이 쓰인다.
미국과 같이 쇼트 시에 파워가 높은 곳.
광산과 같이 어스 루프 임피던스가 불확실한 곳.
광산이나 석유화학공장과 같이 피해 특히 화재나 폭발 위험을 줄여야 하는 곳.
(LV에서는 3Ω 가량, MV로서 3kV 에서는 30Ω 가량)

중국

잠에서 깨어난 나라 중국은 한동안 러시아의 영향권에 있었고 러시아가 영국, 프랑스와 함께 IEC 주도국이므로 IEC 규정을 잘 알고 있다. 따라서 세가지 시스템을 여러 방면에서 각 시스템 특징에 맞게 사용하고 있다. 즉,

1) IT는 생명을 다루는 병원과 같이 서비스의 연속성이 중요한 곳
2) TT는 사용하고 있으나 점점 줄어들고 있는데 이유는 보호의 시간 변별이 까다롭기 때문
3) TN-C는 러시아의 영향에서 벗어나려는 의지 때문인지 거의 사용하지 않음
4) TN-S는 대형 프로젝트의 설계에서 선택함으로 인하여 점점 증가.