개념 한 쪽
송전·배전계통의 중성점을 어떻게 접지하느냐에 따라 지락사고 때 흐르는 전류와 발생하는 이상전압, 그리고 인근 통신선에 미치는 유도장해가 달라진다. 접지방식별 특징과 소호리액터의 원리·계산을 함께 익힌다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「유도장해 및 방지대책」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 접지 목적 판별 | 1 | 접지의 목적이 아닌 설명, 즉 차단용량의 역효과를 가리기 |
| 소호리액터 용량 계산 | 1 | 공진조건에서 용량 공식과 단위 보정을 풀기 |
| 이상전압 최저 방식 구분 | 1 | 접지방식 중 지락 시 이상전압이 가장 작은 방식을 고르기 |
중성점 접지는 전선로와 기기의 절연을 경감하고, 지락 고장 시 전류를 확실하게 흘려 보호계전기가 정확히 동작하도록 하는 목적이 있다. 접지가 되면 대지 전위 상승이 억제되어 절연 부담이 줄어든다. 다만 접지하면 지락 고장 시 흐르는 전류가 오히려 커지므로, 차단기가 끊어야 할 전류도 커진다. 즉 차단기의 차단용량은 경감되는 것이 아니라 늘어나는 부담이 생긴다.
접지방식에 따라 이상전압의 크기가 달라진다. 비접지식은 중성점이 대지와 떨어져 있어 지락 시 건전상 전압이 선간전압 수준(약 1.73배)까지 상승하는 등 이상전압이 가장 크다. 소호리액터접지·고저항 접지는 그 중간 수준이다. 중성점을 저항 없이 땅에 직접 연결하는 직접접지식은 중성점 전위가 거의 고정되어 지락이 나도 건전상 전압 상승이 작아 이상전압이 가장 낮다. 대신 지락전류가 커지므로, 직접접지에서는 변압기를 절연수준이 낮은 단절연으로 선정해 경제성을 얻을 수 있다. 저전압·단거리 선로는 이상전압 상승의 부담이 작아 비접지방식이 적당하다.
1선 지락 시 흐르는 전류의 크기도 방식별로 다르다. 직접접지가 가장 크고, 비접지는 선로의 대지정전용량을 통한 충전전류만 흘러 작다. 소호리액터접지는 이 충전전류(진행전류)를 리액터에 흐르는 지연전류와 공진시켜 서로 상쇄하므로 지락전류가 거의 0, 즉 가장 적다. 3상3선식에서 충전전류는 I = 3ωCE이고, 공진조건은 ωL = 1/(3ωC)이다.
중성선 다중접지는 3상 4선식 고압선로 보호에 쓰이는 방식이다. 접지점이 많아 합성 접지저항이 낮고, 지락사고 때 고장전류가 커져 보호계전기가 확실하게 동작한다. 그러나 부하 불평형에 따른 영상전류가 중성선에 상시 흘러 평행으로 지나는 통신선에 전자 유도장해를 일으킬 우려가 있다. 이것이 유도장해 및 방지대책의 대표적인 쟁점이다.
소호리액터 용량 계산: 1선의 대지정전용량 C[μF], 상전압 E[kV], 주파수 f[Hz]일 때 충전전류는 I = 3ωCE이고, 리액터 전류 E/ωL과 같게 하면 공진조건 ωL = 1/(3ωC)가 성립한다. 따라서 리액터 용량은 Q = E × 3ωCE = 3ωCE² = 6πfCE²[VA]이고, C[μF]·E[kV] 단위 보정으로 6πfCE²×10⁻³[kVA]가 된다.
인덕턴스를 구하는 경우: 1선 지락 시 정전용량 전류 3ωCV를 리액터 전류 V/ωL로 상쇄하므로 3ωCV = V/ωL → L = 1/(3ω²C)이다. 분모의 3(상수)과 ω의 제곱을 세트로 기억한다.
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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