개념 한 쪽
송전계통의 중성점을 땅에 어떻게 연결하느냐에 따라 지락고장 때의 전압 상승과 지락전류 크기, 통신선에 주는 장해가 달라진다. 접지방식별 특징을 반대 관계로 묶어 외우는 것이 핵심이다.
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출제기준 단원 「중성점접지의 목적과 종류및 구성과 그 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 접지방식 조건 조합 판별 | 1 | 전압상승 최대와 통신장해 최소를 동시에 만족하는 방식을 가리기 |
| 유도장해 대책 옳고 그름 | 1 | 통신선 유도장해의 원인과 비례 기준 선지를 판정 |
| 접지 목적 반대 서술 구별 | 1 | 접지의 목적이 아닌 차단용량 경감 설명을 골라내기 |
중성점 접지방식은 중성점을 땅에 직접 연결하는 직접접지, 저항을 통해 연결하는 저항접지, 코일(리액터)을 붙이는 소호리액터접지, 아예 연결하지 않는 비접지 등으로 나뉜다. 접지가 강할수록 중성점 전위가 땅에 고정되어 지락 시 건전상(고장나지 않은 상)의 전압 상승, 즉 이상전압이 작아진다. 직접접지가 이상전압이 최저이고 비접지가 최대다. 비접지에서는 건전상 대지 전압이 선간전압 수준(약 √3배)까지 상승한다.
지락전류는 이상전압과 반대로 움직인다. 접지가 강할수록 지락전류가 커지고, 접지가 약할수록 작아진다. 직접접지는 지락전류가 최대여서 보호계전기가 확실하게 동작하고 사고를 빨리 차단한다. 반면 비접지는 지락전류가 작아 차단이 오히려 곤란하다.
소호리액터접지는 중성점의 코일을 선로의 대지 정전용량과 공진시켜(ωL = 1/(3ωC)) 1선 지락 전류를 거의 0으로 만든다. 지락전류가 없으니 아크가 저절로 소멸하고, 통신선에 유도되는 장해도 최소가 된다. 대신 건전상의 전압상승은 최대가 된다.
중성점 접지의 목적은 전선로의 대지 전위 상승을 억제해 절연을 경감하는 것, 소호리액터로 지락 아크를 소멸시키는 것, 지락 계전기의 동작을 확실하게 하는 것이다. 접지하면 지락전류가 커지므로 차단기의 차단용량은 경감되지 않고 오히려 증가한다. 직접접지는 이상전압이 낮아 변압기를 낮은 절연수준인 단절연으로 선정할 수 있다.
한편 송전선로에 근접한 통신선에는 정전유도(전력선의 영상전압에 의한 정전용량 결합)와 전자유도(영상전류의 자기장)로 유도장해가 생긴다. 유도 전압은 통신선의 전체 길이가 아니라 전력선과 통신선이 평행으로 접근한 구간의 길이에 비례한다. 도체의 배열 순서를 주기적으로 바꾸는 연가(교차)를 충분히 하면 유도장해가 줄어든다.
3상 4선식의 중성선 다중접지는 접지점이 여러 곳이라 합성 접지저항이 낮아 고장전류가 크고 계전기 동작이 확실하다. 대신 중성선에 영상전류가 상시 흘러 평행 구간의 통신선에 유도장해를 줄 우려가 있다.
접지방식 문제는 「전압상승 최대 + 통신장해 최소」처럼 두 조건을 함께 제시한다. 지락전류가 작을수록 전압상승은 커지고 통신장해는 작아진다는 트레이드오프로 판정하면 두 조건을 동시에 만족하는 것은 소호리액터접지다. 지락 시 이상전압이 최저인 방식을 묻으면 직접접지, 지락전류가 가장 적은 방식을 묻으면 소호리액터접지를 답한다.
유도장해 문제에서 「유도 전압은 통신선의 전체 길이에 비례한다」는 설명은 틀린 것이다. 평행 접근 구간의 길이에 비례한다는 점을 확인해 골라 낸다. 중성점 접지의 목적 문제에서 「차단기의 차단용량을 경감시킨다」는 접지의 부작용(지락전류·차단용량 증가)을 반대로 서술한 함정이다.
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.
송전계통의 중성점을 접지하는 목적으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 송전계통의 중성점 접지는 대지전위 상승 억제, 소호리액터에 의한 아크 소멸, 지락 보호 계전기의 확실한 동작 등을 목적으로 합니다. 하지만 중성점 접지를 실시하면 1선 지락 시 고장 전류가 크게 증가하므로 차단기가 차단해야 하는 전류(차단용량)가 오히려 커지게 됩니다.
중성점 접지는 지락전류를 크게 하므로 차단기의 차단용량은 경감되지 않고 오히려 증가한다.
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
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