개념 한 쪽
송전계통의 중성점을 땅에 연결하는 방식에 따라 지락사고 때 흐르는 전류와 발생하는 이상전압이 달라진다. 접지방식별 특징과 소호리액터의 등가회로 계산을 함께 익힌다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「지락사고와 등가회로」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 유도장해 원인·대책 판단 | 1 | 유도전압의 비례 기준을 바꿔 놓은 옳지 않은 선지 가리기 |
| 접지 목적 옳지 않은 것 | 1 | 접지의 부작용인 차단용량 증가를 가림 |
| 소호리액터 용량 계산 | 1 | 충전전류와 공진조건으로 용량 공식 유도하기 |
지락사고는 전선이 대지에 접촉하는 고장이다. 이때 흐르는 지락전류의 크기는 중성점 접지방식에 따라 달라진다. 직접접지방식은 중성점을 저항 없이 땅에 직접 연결하므로 지락전류가 가장 크고, 소호리액터접지방식은 충전전류를 리액터 전류와 공진시켜 상쇄하므로 지락전류가 거의 0에 가장 작다. 비접지방식은 선로의 대지 정전용량을 통한 충전전류만 흐른다.
이상전압도 접지 강도와 반대로 움직인다. 지락이 나면 건전상의 대지 전압이 올라가는데, 직접접지는 중성점 전위가 고정되어 이상전압이 최저이고, 비접지는 건전상 전압이 선간전압 수준(약 √3배)까지 상승해 이상전압이 최대다. 저항접지와 소호리액터접지는 그 중간 수준이다.
중성점 접지의 목적은 대지 전위 상승 억제를 통한 절연 경감, 소호리액터에 의한 지락 아크 소멸, 지락 계전기의 확실한 동작이다. 다만 접지하면 지락전류가 커지므로 차단기의 차단용량은 오히려 증가한다. 직접접지는 이상전압이 가장 낮아 변압기를 단절연으로 선정할 수 있어 경제적이다. 저전압 단거리 선로는 지락 시 건전상 전압 상승의 폐해가 작아 비접지방식이 적당하다.
3상 4선식 고압선로에 쓰이는 중성선 다중접지는 접지점이 병렬로 묶여 합성 접지저항이 낮고 고장전류가 커서 보호계전기 동작이 확실하다. 대신 중성선에 영상전류가 상시 흘러 평행 접근하는 통신선에 유도장해를 일으킬 우려가 있다. 송전선로에 근접한 통신선의 유도전압은 통신선 전체 길이가 아니라 전력선과 통신선이 평행 접근한 구간의 길이에 비례하며, 연가(교차)로 유도장해를 줄일 수 있다.
소호리액터접지의 등가회로 계산은 두 공식으로 처리한다. 1선 지락 시 충전전류는 I = 3ωCE이고, 공진조건 ωL = 1/(3ωC)에서 소호리액터 용량은 Q = E × 3ωCE = 6πfCE²[VA]이다. C를 μF, E를 kV로 대입하면 단위 보정으로 6πfCE²×10⁻³[kVA]가 된다.
소호리액터 용량 계산. 리액터로 중성점을 접지하는 3상 3선 계통에서 1선의 대지정전용량 C[μF], 상전압 E[kV], 주파수 f[Hz]일 때, 충전전류는 I = 3ωCE이고 공진조건에서 리액터 용량은 Q = E × 3ωCE = 3 × 2πf × C × E² = 6πfCE²[VA]. 단위를 kVA로 고치면 6πfCE²×10⁻³[kVA]가 된다.
과보상 탭 계산. 1상 대지정전용량 0.53μF, 주파수 60Hz인 3상 선로에서 1상 리액턴스는 XC = 1/(2πfC) = 1/(377 × 0.53 × 10⁻⁶) ≈ 5005Ω이다. 소호리액터는 중성점에서 3상분 충전전류를 상쇄하므로 완전보상 조건은 XL = XC/3 ≈ 1668Ω이다. 10% 과보상은 전류를 10% 크게 하는 것이므로 리액턴스를 1.1로 나눠 XL = 5005 ÷ (3 × 1.1) ≈ 1514Ω가 된다.
중성점접지방식 중 단선고장일 때 선로의 전압상승이 최대이고, 통신장해가 최소인 것은?
정답 ④ · 소호리액터 접지방식(Petersen Coil)은 계통의 대지 정전용량과 공진을 일으켜 지락 고장 전류를 거의 0으로 만들어 아크를 소호하는 방식입니다. 따라서 1선 지락 고장 시 건전 상 선로의 전압 상승이 가장 크게 발생하지만, 고장 전류가 매우 작기 때문에 통신 장해는 최소화되는 특징을 가집니다.
소호리액터접지는 공진으로 지락전류≈0 → 건전상 전압상승 최대, 통신장해 최소.
3상3선식 소호리액터접지방식에서 1선의 대지정전용량을 C[μF], 상전압 E[KV], 주파수 f[Hz]라 하면 소호리엑터의 용량은 몇 KVA인가?
정답 ④ · 3상 3선식 계통에서 소호 리액터(Petersen coil)는 1선 지락 사고 시 지락 전류를 보상하여 아크를 소호하기 위해 사용됩니다. 소호 리액터의 용량은 각 상의 대지 정전 용량 C, 상전압 E, 주파수 f에 대해 3상분의 합인 3 * (1/2 * fCE^2 * 10^-3)이 아닌, 오답 선지와 비교하여 유도되는 식이나 표준식 3 * 2πf * C * E^2 * 10^-3와 비슷한 형태이나, 보기의 단위 계수와 관계없이 파생된 식 중 지락 전류 보상 조건(ωL = 1/3ωC)을 적용하면 3πfCE^2 형태가 도출되나, 문제의 보기 4번(6πfCE^2)이 주어진 정답이므로 이에 따릅니다.
소호리액터 용량은 Q = E·(3ωCE) = 3ωCE² = 6πfCE²[VA], 단위 보정해 6πfCE²×10⁻³[kVA] → ④
지락 고장 시의 이상전압이 최저인 접지 방식은?
정답 ④ · 문제는 지락 고장 시 이상전압이 가장 낮은 접지 방식을 묻는다. 중성점을 직접 접지하면 지락 시 건전상 전압 상승이 가장 작아 이상전압이 최저가 되므로 직접접지식이 정답이다.
지락 시 이상전압은 비접지식이 최대이고, 중성점 직접접지식에서 최저가 된다.
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