1. 중성점접지방식

네 안녕하십니까 오늘 이 시간에는 중성점 접지방식의 종류에 대해서 함께 살펴보도록 하겠습니다 우리가 델타결선, Y결선, 각종 변압기 결선이 있는데요 그 중에서 우리가 Y결선을 할 경우 중성점을 인출할 수가 있어서 거기에 여러가지 리액터라든지 저항이라든지 이런 것을 연결해서 우리가 접지를 함으로 인해서 대지로 선로가 접지가 되었을 때 그 지락전류값을 제어할 수 있구요 또한 건전상의 전위상승값도 제어할 수 있는 것입니다 오늘 중성점 접지방식을 통해서 각기 다른 접지방식별로 결선방법별로 여러가지 특징들에 대해서 잘 기억해 주시기 바랍니다 중성점 접지방식입니다 개요 보십니다 중성점 접지가 영향을 미치는 요소로는 첫번째 기기의 절연설계에 영향을 주죠 그 다음에 통신선의 유도장애 그리고 보호계전기 동작, 차단기의 차단 용량 선정, 그리고 피뢰기 동작과 계통 안정도 등이 있습니다. 그래서 중성점 접지가 영향을 주는 요소, 미치는 요소로는 이와 같은 것이 있구요. 중성점 접지를 하는 목적 한번 살펴보도록 하겠습니다. 목적, 지락고장시 1선 또는 2선이죠 그런데 1선지락 되게 많이 선정합니다 1선지락시 건전상의 대지전위 상승을 억제하여 전선로 및 기기의 절연레벨 경감 그래서 저감절연이나 단절연을 할 수 있다 그래서 저감절연은 우리가 비접지계 통해서는 1선지락 고장시 건전상의 대지전위가요 선간전압까지 상승합니다 그래서 중성점 직접접지 또는 유효접지계통에서는 비접지계통에 비해서 상당히 전위상승값이 낮아요 그래서 변압기의 절연을 낮출 수가 있습니다 따라서 정격전압이 낮은 피뢰기로 사용할 수 있고요 그에 따라서 또 충격 방전개시전압 및 제한전압까지도 낮출 수가 있습니다 그에 협조해서 변압기나 다른 기기 절연을 저감시킬 수가 있어요 그게 이제 직접접지 또는 유효접지계통의 장점이죠 그리고 절연계급의 수치가 공칭전압을 1.1로 나눈 값보다 작은 경우를 저감절연이라고 하는데요 저감절연을 가령 750BIL 같은 경우는 피뢰기를 쓸 경우 우리가 650BIL까지 낮출 수가 있습니다 자 여기서 이제 킬로볼트죠 이상전압 부분에서 BIL을 별도로 강의하고 있으니까요 BIL이 무엇인가는 그때 확인하시기를 하고 기준충격절연강도라고 합니다 그래서 변압기의 경우 750kV 154kV 같은 경우 750kV인데 100kV를 저감해서 이렇게 할 수 있는 절연이 저감절연이다 그리고 단절연이 있습니다 단절연은 Y 접속된 변압기의 중성점을 접지할 수 있죠 그래서 선로단자에서 중성점에 이르는 즉 Y결선에서 선로단자에서 중성점으로 갈수록 전위분포가 작아지죠 그래서 여기는 접지를 하기 때문에 0볼트 가운데는 0볼트가 되고 가령 여기는 154kV가 되겠죠 그래서 154kV 하고 대지 사이의 Y결선이니까 루트 3으로 나눈 이런 값이 걸릴 수가 있는데 여하튼지 여기에 단자 부분에서 중성점까지 갈수록 전위가 낮아집니다 전위분포가 낮아요 그래서 중성점에서는 0이 됩니다 따라서 중성점에 가까워짐에 따라서 절연 강도를 가령 여기는 이만큼 절연 했다면 갈수록 이렇게 작게 해도 되겠죠 이런식으로 작게 탭핑을 해도 상관이 없을 것이다 이런식으로요 아니면 뭐 이런식으로 해가지고 점점 이렇게 계단적으로 이렇게 저감시킬 수도 있겠죠 이와 같이 절연하는 것을 우리가 단절연 그래서 이 둘이 혼동되기 쉬우니까 저같은 경우 중단 2. 뇌아크질환 이상전압 경감 및 발생방지 중성점이 접지가 되어 있기 때문에 선로는 루트 3분의 1로 줄죠 그래서 이상전압이 와도 루트 3분의 1로 줄 수 있습니다 그래서 이상전압이 낮아지는 거고요 다음 지락고장시 보호계전기 동작을 확실하게 한다 우리 직접 접지 같은 경우에서는 지락전류 ig 값이 굉장히 큽니다 그래서 계전기가 신속하게 동작을 하겠죠 전류형 계전기를 사용하면 신속하게 동작하게 됩니다 다음 소호 리액터 접지 방식에서는 1선 지락시, 아크 지락, 신속한 소멸 그렇습니다 소호 리액터 접지 방식을 한번 제가 소개해 드리면 지금 소호 리액터 접지 방식을 나타내고 있는데요 여기 선로가 있고 대지 정전용량이 있고 여기 Y결선, 델타 Y결선에 있는데 여기 중성점에 차단기를 놓고요 여기에다가 소호 리액터 패터슨 코일이라고 합니다 패터슨 코일을 하고요 리액터에 탭을 뒀죠 그래서 탭을 조절하면서 L값을 조절할 수가 있습니다 그래서 여기다 CT를 걸어서 중성점에 흐르는 전류값을 제어를 하는 거죠 그래서 여기를 가변시키면서 계통에 지락이 발생했을 때 그 지락전류를 갖다가 LC공진현상을 이용해서 지락전류값을 최소화할 수 있습니다. 두 번째 종류별 비교입니다. 유효접지계통과 비유효접지계통 먼저 유효접지계통입니다. 1선 지락시 건전상 전위상승이 평상시 대지전압의 1.3배 이상이 되지 않도록 접지하는 방식이다. 그래서 이 내용은 좀 기억해 주시구요 접지계수가 0.75 이하인 계통이고 그리고 임피던스비가 x1 분의 r0 그 다음에 x1 분의 x0 자 요 부분이 정상 리액턴스죠 정상 리액턴스 분의 여기가 정상 그 다음에 여기가 영상 x1 분의 r0 가 1 보다 작고 x1 분의 x0 가 3 보다 작고 이런 상황은 좀 기억을 해 주시고요 그래서 이 접지계수라는 것은 정의하기를 건전상 선간전압 건전상 선간전압은 상전압을 2라고 했을 때 루트 3이 되겠죠 지락고장시 건전상 상규대지전위 상승 그래서 상전압이 대지전압 그러면 선전압인데 여기가 접지가 되어 있으므로 여기는 대지전압이 됩니다. 2가 되죠. 그래서 1.3배 그러면 여러분이 계산하면 0.75가 나올거에요. 그래서 접지계수가 0.75가 나온겁니다. 여기가 0.75 건전위상승이 적어 기기의 절연레벨을 경감시켜 경제적으로 유리하다. 비접지계통 같은 경우는 루트 3배까지 올라갑니다. 루트 3.2 그런데 루트 3.2가 아니고 1.32 이건 1.732배죠. 그리고 접지계수는 0.75가 되겠구요 자 1선지락시 지락전류가 커서 통신선의 유도장애가 문제가 된다 그렇습니다 그래서 이 ig 값이 한참 크죠 ig 값이 커서 우리가 유도장애는 em은 마이너스 j 오메가 ml ig 지락전류 값이 크면 유도장애 통신선에 유도되는 전압도 크다 여기는 3i0 하고 같죠? 그 다음에 ia, ib, ic 이렇게 되는, 같은 겁니다. 유효접지조건 이 부분은 여러분들 시간 내셔서 고장계산 강의가 있습니다 고장계산 편을 좀 들으시고 이해를 하시면 좋겠어요 그래서 안 들으신 분은 일단 이 수식을 암기를 하십시오 이렇게 암기를 하세요 2B. B상의 전압은 A상 전압의 몇 배가 되는가? 우리가 1선지락 고장시 가령 A상의 지락이 생겼다. A, B, C일 경우 그러면 B상의 전위, C상의 전위값은 얼마만큼 올라가는가를 했을 때 Z0 플러스 Z1 플러스 Z2 분의 B상 같으면 a제곱 비정상이라고 했죠? 강의를 보시면 고장계산편을 보시면 이렇게 나옵니다. B상 같은 경우. a제곱-a제곱 a제곱-a제곱 외우기 쉽죠? 그러면 C상의 경우도 여기 A제곱 대신에 A만 넣고 1 대신에 A를 넣고요. 이렇게 A에서 A제곱 빼고 그리고 여기에 Z2, Z0 이런 식으로 하면 쉽게 기억하실 수가 있습니다. C상도 똑같이 나왔죠? 그리고 여러분들은 건축전기 기술사니까 다음에 발송배전을, 건축전기를 취득하시고 발송배전을 공부하실 분들은 이 그래프에 대해서 작도하는 거, 유도하는 것까지 심화학습으로 공부하실 필요가 있고요. 안 하셔도 됩니다. 결론식만 외우고 그래프만 하셔도 되는데 좀 더 깊게 공부하실 분들은 심화학습을 하시고요. 저는 건축전기니까 오늘은 그냥 소개만 하고 유도라든지 이런 부분은 뒤로 남겨 놓겠습니다 그래서 유효접지가 되는 조건 이것은 기억해 주시고요 여기 보시면 X축을 X1 분지 X0 즉 정상분 리액턴스 분지 영상분 리액턴스로 잡고요 그 다음에 Y축을 E0가 지금 전위 상승되는 건전상이죠 그 다음에 E1이 가형 A상 지락이 생겼으면 A상을 나타냅니다 그래서 여러분들은 2A분지 2B라고 보시거나 2A분지 2C라고 하시면 됩니다 지락상 분지 고장상 이렇게 하시면 되겠고요 그 다음에 그래프들이 이렇게 있죠 이렇게 그래서 이렇게 위로 올라갈수록 밑으로 쳐지는 게 커지죠 이렇게 위로 올라갈수록 다운이 되고 그 다음에 수평으로 갈수록 이렇게 그런데 우리는 유효접지에서 1.3 1.3 이하를 갖다가 이야기를 하죠 1.3배 그래서 1.3배면 이 정도 될까요 이 정도 이 정도 될 겁니다 그러면 여기에서 이 밑으로 가는 곡선을 찾으면 그 1보다 작아야 됩니다 0.5는 당연히 해당되죠 그런데 이 1.5라든지 2라든지 이렇게 갈수록 이 부분이 평탄하게 해서 제가 그어놓은 이 선보다 너무 큰가요 그런데 보이기 쉽게 했습니다 자 이 이상 되게 되면은 우리가 유효접지계통을 벗어나죠 그래서 X축으로는 여기 2하고 3 이 정도 이 정도 여기 3이라고 보면 2보다 작아야 되고요 그 다음에 빨간색 1.3배보다 낮아야 됩니다 그래서 그 조건을 만족하는 걸 찾아봤더니 이 그래프는 1보다 같거나 작아야 된다 이거죠 정상분 리액턴스 분지, 영상분 저항, 영상분 성분, 저항성분, R성분 이것이 이것보다 작아야 된다 그런 내용이 되겠구요 자 이 부분요 유효접지계와 비유효접지계통의 비교 이 부분은 여러분들은 건축전기기술사이기 때문에 그냥 생략하는 걸로 하겠습니다 참고만 하십시오 더 깊게 공부하실 분이나 합격권에 계셔서 이제 합격하고 바로 발송배전 한 개 더 하시겠다 하신 분들은 좀 기억해 주시고요 본격적으로 접지방식의 종류입니다. 발전기가 있고 변압기 그리고 선로와 이 결선되어 있는데 중성점에 이와 같이 접지를 하는데 여기에 중성점 여기가 Zn이라고 하면 이 Zn 값을 갖다가 임피던스 값을 0을 놓으면은 여기를 그냥 쇼트를 시킨 셈이죠 이렇게 그렇게 되면은 이것을 직접접지 또는 유효접지 계통이라고 하고요 그 다음에 여기에다 R을 연결하면 저항접지 또 리액터를 접지를 하면 리액터 접지 가변으로 이렇게 탭을 놓고 대지정전용량과 함께 맞추면 소호리액터 접지죠 그 다음에 여기를 접지하지 않으면 여기서 끊어버리는 거죠 그리고 제거를 해버리면 이건 비접지 방식이다 이렇게 말씀드릴 수가 있구요 자 비접지 방식 정의입니다 중성점을 접지하지 않는 방식이고 저전압 단거리 선로에 적용한다 장점은 일선지락시 지락전류가 작아 송전지속이 가능하다. 즉 고장전류가 정격전류보다 낮습니다. 그래서 고장이 나도 모든 기기가 정격 아래에 있기 때문에 송전을 계속해도 아무 문제가 없습니다. 따라서 이러한 경우는 보통 지락이 되면 경보를 설정해 놓고 정비를 하죠. 지락을 잡죠. 그런데 알람 무시하고 계속 운전하다가 지락이 하나 더 생겼다 했을 때는 이제 단락사고에 준하는 큰 전류가 흐르기 때문에 그때는 문제가 되죠. 따라서 경보가 나면 즉시 바로 정비를 해야 됩니다. 다음 변압기 고장 및 점검 수리 작업시 V결선하여 전환하여 송전이 가능하다 그래서 델타 델타 결선을 한 경우 여기 한 상이 고장이 나도 V결선 할 수 있는 거죠 VVV 그래서 요 부분이 고장 나도 VV 결선해서 사용할 수가 있구요 그 다음에 델타 결선을 하게 되면은 여기 지락시 발생하는 영상분 전류가 이렇게 환류하죠 그래서 외부로 유출되지 않아요 그 다음에 전자유도장애가 적다 E, M은 마이너스 J, 오메가, M, L, I, G, 3, I, 0 그 다음에 IA, IB, IC 이게 다 같다고 그랬죠 그런데 이 부분이 작다고 하니까 유도장애 통신선에 인가되는 전압값도 작죠 자 단점 부분 보시겠습니다 고전압 장거리 선로에 적용시 일선지락고장시 충전전류에 의한 간헐아크지락에 의해서 이상전압이 발생할 수 있다 이건 특징이니까 외워주시구요 절연레벨이 높아져서 기기 및 선로의 절연비가 비싸진다 우리가 최고의 전압에 대해서 절연을 확보해야 되는데 일선지락시 건전상의 전위상승은 루트 3이고 그리고 지락보호계전계통이 복잡해진다 그래서 지락전류가 작으니까 전류형 계전기를 쓸 수가 없습니다 그래서 전압형 계전기를 써야 되는데 GPT, ZCT 이런 것들을 조합해서 해야 되고 때로는 CLR 뭐 이런거에 대해서 용량 계산도 해야 되고 여러가지 보호협조를 고려해야 되고, 또 절연협조까지 고려해야 되므로 보호계통이 복잡해지는데, 직접접지에서는 전류계전기, 과전류계전기 하나면 간단하겠죠. 적용은 단거리 수용가 선로나 정전을 꼭 피하는 장소, 이러한 곳에 사용되고요. 다음은 직접접지방식입니다. 중성점을 금속선으로 대지로 직접 본딩 또는 접지하는 방식이고 접지계수가 80% 이하 한전에서는 80%고요 일본에서는 75% 그래서 접지계수 0.75로 우리가 정의를 많이 합니다. 루트 3 분지 1.3 이하에서 0.75가 나오는데요 그런데 이제 한전 쪽으로 보면 접지계수 80% 이하 이렇게 기억해 주시고요 장점은 일선지락사고시 건전상 대지전압 상승이 1.3배 이하죠 그래서 기기의 절연 레벨이 경감된다 그랬구요 개폐서지 값도 똑같이 저하시킬 수가 있었어요 그래서 피뢰기 책무를 경감할 수 있고 정격전압이 낮은 피뢰기 사용이 가능하다 그리고 변압기 중성점은 항상 영전위 부분에 유지되기 때문에 단절연이 가능하다 그랬습니다 그리고 변압기 중량 가벼워지고 경제적이다 그래서 일단 값이 싸니까 직접접지 계통은 굉장한 장점이 있죠 또 계전기 동작이 확실하다 전류형 계전기 하나로 그냥 신속하게 동작할 수 있죠 자 단점은 지락전류가 저역률의 대전류다 그렇습니다 그래서 저역률, 역률이 낮은 큰 전류, 지락전류가 크죠 아 이 집값이 과도안정도가 나빠진다. 과도안정도라고 하는 것은 우리 정태안정도가 있고 과도안정도가 있는데요. 교류계통에서는 이와 같이 사인웨이브 이런 전력이 동기화되서 운전중인데 동기상태가 깨질 수 있도록 극한전력이 존재합니다 그래서 그것을 정태안정 극한전력이라고 하는데 평상시 정상상태에서 우리가 안정하게 운전할 수 있는 그 한도를 정태안정도라고 하고요 계통이 사고가 났거나 이렇게 출렁거리죠 계통이 그랬을 때 동기를 유지하면서 안정적으로 버틸 수 있는 지락고장시 통신선에 전자유도장애를 주며 평상시에도 불평형전류 및 변압기 3고조파로 유도장애를 준다 또 지락전류에 대한 충격이 커서 손상을 준다 계통사고 후 대부분이 일선지락사고이므로 차단기가 대전류를 차단할 기회가 많아진다 우리나라 송전계통은 154, 345, 765, 500KV HVDC 교류 부분은 Y접속에서 중성점을 직접 접지하고 유효접지 계통으로 활용하고 있습니다 물론 22.9KV 계통도 직접 접지죠 다음 저항접지 부분입니다. 정의, 중성점을 저항으로 접지를 한다 그랬습니다. 직접접지와 비접지 방식의 중간적인 특성을 갖습니다. 그래서 직접접지도 아니고 비접지도 아니고 저저항접지 같은 경우는 저항값을 여기다가 30옴 정도 저저항접지 또 100에서 1000옴 정도를 할 것 같으면 이것을 고저항접지다 이렇게 하시구요 자 장점입니다 장점은 비접지방식에 비해서 전위상승이 작다 중간적인 특성이죠 직접접지 방식에 비해서 일선지락절연유가자가 유도장애가 작다 단점은 접지저항이 작으면 일선지락사고시 지락전류가 커져서 유도장애가 커진다 또 접지저항이 너무 크면 지락전류가 작아져서 계전기동작이 어려워지고 건전상 대지전위가 상승된다 어디서 많이 들은 것 같죠? 저저항접지인 경우 접지저항이 작으면 저저항접지 너무 크면 고저항접지 그 특성이 그대로 나타납니다 비경제적이죠 그래서 저항접지는 국내에서 잘 적용하지 않습니다 소호리액터 접지계통입니다. 변압기의 중성점을 선로의 대지정전용량과 병렬공진하는 리액터, 즉 패터슨코일을 통해서 접지하는 방식이다. 여기 보십시오. Y접속된 선로가 있구요. 여기에 리액터 접지를 했습니다. 선로에는 대지정전용량들이 이렇게 존재를 해요. 대지정전용량이 A, B, C상 각 상에 이렇게 존재를 하게 되고 선로의 한 상의 중간에서 지락사고가 났다. 이렇게 지락사고가 났을 경우에 지락전류가 어떻게 되느냐 하면요 첫번째 여기를 A상, B상, C상 이라고 하면 A상의 경우는 이렇게 이렇게 이렇게 하나의 서킷이 구성이 되구요 자 B상의 경우 볼까요 B상의 경우 B상의 경우는 이렇게 해서 대지정전용량을 통해서 이렇게 해서 여기가 바로 지락이 되서 이렇게 이렇게 회로를 두 번째 그 다음에 C상도 봅니다 C상은 지락 대지정전용량을 통해서 지락점을 통해서 여기가 세번째. 그러면 1번과 2번과 3번에 있는 전류들을 한번 보겠습니다. 그러면 1번의 경우는 이 A상을 얘가 jωL이죠 그래서 jωL로 나눈거 자 다른 임피던스는 다 무시했습니다 변압기라든지 선로라든지 임피던스가 jωL에 비해서는 너무 작기 때문에 무시했을 경우 전류는 이 상전압 여기에 있는 Ea 값을 갖다가 jωL로 나눈거죠 자 이 부분이 되겠구요 그 다음에 2번 2번 루프를 보시면 이 경우는 Eb Eb를 갖다가 jω C가 되겠죠 C인데 C분지 1 이렇게 나타내야 됩니다 jωC분지 1 그 다음에 C상의 경우도 Ec에 jωC분지 1 그렇게 되는데 이 1번과 2번과 3번을 전부 더하면 이 부분이 0이 됩니다 0이 되요 그래서 여기에서 Ea 나누기 jωL 그 다음에 Eb는 a자승 Ea로 나타낼 수가 있구요. 이 부분은 aEa로 나타낼 수가 있습니다. 그래서 plus jωC 그 다음에 a제곱 Ea plus jωC aEa 이렇게 나타낼 수가 있거든요. Ea 부분은 전부 약분이 되구요. 그 다음에 a제곱 플러스 a 플러스 1은 0입니다 그런데 a제곱과 a는 마이너스 1이죠 그래서 이 부분 두 개의 이 항목과 이 항목을 더할 것 같으면 jωL 분지 1 여기가 마이너스 jωC가 되죠 는 0 이렇게 됩니다 결국 그러므로 jωL은 이렇게 보내고 역수를 취하면 되니까 jωC 분지 1 이렇게 되죠 이런 게 있는데요. 이 부분은 그냥 심화학습 과제입니다. 건축전기 수준에서 우리가 소호리액터 접지계통에 대해서 깊이 다룰 이유도 없구요. 그냥 실무적으로 다음에 발송배전을 준비하는 과정 중에서 아니면 강의를 준비하시거나 사내 강의라든지 뭐 이런 내용 했을 때 심화학습 내용으로만 참고해 주십시오. 여하튼 소호리액터 접지방식은 지금 거의 사용되지 않고요 과거에 선배님들이 이렇게 공부하실 때 쯤 60년대 이럴 때 사용됐던 내용들인데 참고만 해주시면 되겠습니다 자 특징을 계속 보시면요 일선지락시 지락전류가 최소이다 그것은 이제 말씀드렸다시피 L 소호리액터에 있는 L과 대지정전용량 C가 병렬공진을 합니다 병렬공진 지락이 생기면 병렬공진이 되도록 이렇게 임피던스 값을 미리 맞춰놨습니다 그래서 병렬공진이 되면 우리가 직렬공진에서 어떻습니까 L과 C가 있으면 이 부분이 직렬공진이 되면 임피던스가 0이 되죠 그래서 도선으로 그냥 연결한 것과 같이 전류값은 그대로 이렇게 가는데 병렬공진이다 LC 이렇게 될 것 같으면 여기서는 admittance가 0이 됩니다 이렇게 병렬과 직렬은 직렬에서는 impedance가 0이지만 병렬에서 admittance가 0이다 이 얘기는 곧 impedance가 역수가 0이니까요 impedance 값은 무한대가 되겠죠 즉 여기에 있는 임피던스 합성 임피던스 값이 무한대가 되기 때문에 여기 ig 값이 흐를 수가 없죠 무한대니까 그래서 지락전류는 이론상으로 보면 최소가 되고 전자유도장애가 EMI 전자유도 나오면 이 수식을 꼭 가지고 다니실 수 있도록 이렇게 연습해 주시고요 일선 지락시에도 송전이 가능하다 그래서 과도한 정도가 최대이다 비접지 방식과 비슷하죠 그리고 설치비가 비싸다 소호리액터를 달아야 되구요 접지계전기 동작이 곤란하다 지락전류가 작으니까 보호계전에 불리해지고 그 다음에 선로 중수 불평형으로 중성점에 잔류전압이 나타나면 이상전압이 야기된다 이거 비접지 특수형하고 비슷하죠 다음 일선단선시 전압상승이 타 방식에 비해서 최대가 된다 그랬구요 적용은 66kV 일부 계통에서 과거에 사용됐습니다. 여기 합조도 부분은 여러분들은 공부하실 필요가 없습니다. 그래서 참고만 해주시고요. 여러분들이 기억해 주실 것은 지금까지 강의했던 내용들을 이렇게 모아서 정리를 해 놓았는데요. 이 부분은 과거에 기출문제로도 나온 바가 있구요 발송배전에서는 단골손님처럼 나오고 있습니다 그래서 이 부분은 각 특성에 대해서 잘 기억하시고 정리를 해주시면 좋을 것 같습니다 자 오늘 강의 들으시느라고 수고하셨습니다 2. 중성점접지방식