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이상전압과 피뢰기

개폐 서지

개폐 서지

개요

개폐장치의 선로의 개방 및 투입시에 발생되는 서지로 커패시터(C)에 저장된 정전에너지 및 인덕터(C)에 저장된 자기 에너지가 방전하는 동안에 나타나는 과도진동형태의 서지이다. 개폐서지는 투입서지와 개방서지로 구분한다.

일반적으로 회로를 투입할 때 보다 개방하는 쪽이, 부하시보다 무부하시에 회로를 개방하는 경우가 더 높은 개폐서지를 발생시키며, 유도성 및 용량성 소전류를 차단시에 개폐서지가 가장 크게 발생하기 때문에 차단하기도 쉽지 않다.

투입서지

1) 투입서지의 발생

무부하 송전선에 전하가 잔류하는 상태에서 전원측에서 차단기를 투입하면 진상 전류를 차단하는 경우와 같은 형상이 되어 개폐서지가 발생된다. 이것을 투입서지라고 부르며, 투입서지는 실제 2배 이하로 발생되어 크게 문제되지 않는다.

투입서지

위의 그림은 투입시 발생된 전압서지는 개방단으로 진행하다가 선로의 종단이 개방된 경우 전반사하여 2배 크기로 증폭되어 나타나는 것을 나타낸다.

2) 저감 방법

(1) 투입서지를 억제하기 위해서는 수 백오옴의 저항을 삽입하여 투입하고 계속해서 주접점을 투입하는 투입저항 방식이 있다.

(2) 각상의 전압위상을 0° 근처에서 동기투입하는 방식을 적용

개방서지

1) 진상소전류 차단 → 콘덴서 뱅크 개폐

(1) 서지의 발생

진상소전류 차단

① 차단완료 시점에서 충전전류와 전압은 90°위상차의 발생으로 선로단은 전원전압의 최대값(Vm)으로 충전된 상태로 잔류함

② 개방후 1/2 주기 후에는 차단기의 극간에는 2Vm인 전압이 걸려서 절연회복이 충분하지 못하여 재점호 발생되면, 선로단 잔류전압이 급격히 전원전압으로 되돌아가려고 하는 과정에서 과도 진동현상이 발생되며, 최대 3Vm에 이르는 과도 이상전압이 발생됨

③ 제동작용이 없는 경우 연속적인 재점호가 발생된 경우를 고려하면 3Vm, 5Vm,7Vm……. 으로 높은 이상전압이 발생될 수 있음

④ 실제는 회로저항, 코로나 등에 의해서 제동작용으로 대지전압의 3.5~ 4.0배 수준으로 나타남

(2) 억제 대책 -> 재점호가 발생을 억제

① 조속한 절연회복으로 재점호 방지 위하여 개극 속도를 빠르게 한다.

② 다중 차단방식을 채용하여 상대적인 개극 속도를 향상시킬 수 있다.

③ 저항 차단방식으로 하여 잔류전하를 방전할 수 있다.

④ 서지전압을 억제하기 위해 SA를 설치한다.

2) 유도성소전류 차단→변압기 여자전류 개폐

(1) 서지의 발생

유도성소전류 차단 변압기 여자전류 개폐

① 무부하변압기, 리액터 등의 여자전류와 같은 유도성 소전류를 차단시, 일반적으로 차단능력이 우수한 VCB(진공차단기)를 사용하는 경우에 전류 재단현상이 발생됨

② 전류재단에 의한 잔류하는 자기에너지는 이상적으로 에너지 손실없이 커패시터에 반복적으로 충·방전하는 과정에서 과도진동하는 전압을 발생시키며, 전원전압에 중첩되어 나타남

\[W_L=\frac{1}{2}LI_{chop}^2, W_c=\frac{1}{2}CV_c^2\] \[\to \frac{1}{2}CV_c^2=\frac{1}{2}LI_{chop}^2\] \[V_c=\sqrt{\frac{L}{C}}I_{chop}=Z_\omega I_{chop}\] \[\cdot\cdot\cdot Z\omega : 서지 임피던스\]

③ 서지전압의 크기는 변압기의 중성점접지 방식에 따라 다르지만 상규대지전압의 2.5~4배 수준으로 발생됨

(2) 억제대책 → 재점호 발생억제 및 재단전류의 감소

① 소호실에 저항을 병렬로 넣은 저항을 병렬로 삽입하여 잔류 자기에너지의 흡수하여 저감
② 차단기 접점재료를 서지억제 효과가 큰 재료(예: CuCr → AgWC 접점)를 사용으로 재단전류를 현저하게 저감하여 차단한다.
③ Surge Absorber를 사용하여 피보호 기기를 보호

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