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접지선 및 보호도체 굵기 선정

접지선 및 보호도체 굵기 선정

접지선 굵기 산정기초를 적용하여 그림에서 변압기 2차측 중성점 접지선과 부하기기의 접지선 최소 굵기를 산정하시오.
건96_1 변압기단선결선도
접지설비 및 보호도체 선정방법에 대해 설명하시오.

접지선의 굵기 결정 3대 요소

1) 전류용량 2) 기계적 강도 3) 내식성

특고압 기기의 접지(1종 접지선)

………… IEC

접지선에 흐르는 전류에 의해서 절연물(피복)이 열적, 기계적으로 손상되지 않는 접지선의 굵기 산정이 요구됨

\[A=\frac{\sqrt{t_s}}{\sqrt{\frac{Q}{\alpha r}\log_e(\frac{T_m-T_{\alpha}}{K_0+T_{\alpha}}+1)}}\times I_g\]\[=\frac{\sqrt{t_s}}{K}\times I_g[mm^2]\]

①절연물의 단시간 허용온도[Tm]
②주위온도(Tα) : 옥내30℃ 옥외(직사일광)55℃
③도체의 비열(Q) : 3.422(연동선)
④20℃에서 도체의 저항온도 계수(α):0.00393(연동선)
⑤20℃에서 도체의 저항(r):0.17241(연동선)
⑥K0:234.5(연동선)
⑦접지선에 흐르는 최대전류(Ig)
⑧Ig의 지속통전시간(ts) ……… 22kV,22.9kV고장제거시간1.1초
⑨절연물종류에 따른상수(K)

[표. 절연물의 허용온도와 상수]

3종 접지선

………… 내선규정

\[A=\sqrt{\frac{0.008\times t_s}{\Delta T}}\times I\backsimeq 0.0496\times I_n[mm^2]\]

①접지선의 허용온도 상승(ΔT=Tm-Tα) → 160℃-30℃=130℃ 조건
②접지선에 흐르는 최대전류(I=20In) → 과전류차단기 정격전류(In)
접지하는 기계기구의 저압전로 전원측에 시설된 과전류차단기 중에서 최소 적격전류를 기준으로 선정
③I의 지속통전시간(ts)…… 20In에서 과전류 차단기 0.1초 차단조건

2종 접지선

………… 내선규정

\[A=\sqrt{\frac{0.08\times t_s}{\Delta T}}\times I\backsimeq 0.0496\times I_n[mm^2]\]

①접지선의 허용온도 상승(ΔT=Tm-Tα) → 160℃-30℃=130℃ 조건
②접지선에 흐르는 최대전류(I=20In) → 변압기 1상분 용량(In)기준
③I의 지속통전시간(ts)…… 20In에서 과전류 차단기 0.1초 차단조건

보호도체의 최소 단면적

………… IEC

보호도체(접지선 포함)의 단면적은 다음 (1), (2)항 중 어느 한 가지 방법을 선택하여 사용할 수가 있다. 두 항 모두 (3)항을 고려해야 한다.

① 계산식에 의한 보호도체의 최소 단면적 산출

\[A=\frac{\sqrt{t_s}}{K}\times I_g(0\le t_s\le 5)\]
[표] 절연물의 허용온도와 상수(K)

② IEC 60364-5-54 표에 의한 보호도체 최소 단면적 산정

이 표에 의해서 산정시 (1)항에 적합한지 고려할 필요가 없다.

③ 보호도체의 최소 단면적

보호도체가 전원 케이블 또는 케이블 용기의 일부로 구성되어 있지 않는 경우에는 단면적을 어떠한 경우에도 다음 값 이상으로 하여야 한다.

○ 주 등전위 본딩도체의 단면적
→ 연동선, 16[㎟] 이상

○ 보조 등전위 본딩도체의 단면적
→ 기계적 보호(방호)가 되어 있는 경우: 연동선 2.5[㎟] 이상
기계적 보호(방호)가 되어 있지 않은 경우: 연동선 4.0[㎟] 이상

전원측 및 배전선로 임피던스는 무시
전원측 변압기: 154/22.9kV, 60[MVA], %Z=14.5[%]
22.9kV로 수전하는 특고압 설비의 1종 접지선의 굵기를 산정하라.
단, 접지선은 옥내에 시설하며, PVC 절연전선을 사용하며, 고장제거 시간은 1.1초

1.최대고장전류(Ia)

\[I_g=3I_0=3\times \frac{100}{\%Z_1+\%Z_2+\%Z_0}\times I_n\]\[=3\times \frac{100}{14.5+14.5+14.5}\times \frac{60\times 10^3}{\sqrt{3}\times 22.9}\]\[=10,430[A]\]

2.접지선의 굵기

\[PVC절연전선(옥내)\]\[A_1=\frac{\sqrt{t_s}}{K}\times I_g=\frac{\sqrt{1.1}}{143}\times 10,430=76[㎣]\] \[나연동선(옥외)\]\[A_2=\frac{\sqrt{t_s}}{K}\times I_g=\frac{\sqrt{1.1}}{276}\times10,430=40[㎣]\]

위의 계산된 값에서 30[%] 여유를 두고서 접지선을 선정하는 것이 바람직하다.

1.5㎟2.546101625
35507095120150185
[표] IEC 전선의 공칭 단면적
변압기단선결선도

1. 변압기의 2종접지선의 굵기 선정(2종 접지공사)

변압기 3상 300kVA(22.9kV/380V-220V)

저압측 다선식인 경우는 그 사용전압 중 큰 값을 적용. 단 380V는 제외

\[\to 변압기 1상분의 용량=\frac{1,500}{3}=500[kVA]\]

변압기 1상분의 용량이란

3상 변압기 : 정격용량의 1/3
단상 변압기로 3상 변압기 결선하는 경우 : 단상 변압기의 용량

\[I_n=\frac{500\times 10^3}{220}=2,273[A]\] \[A=0.0496\times I_n[㎣], \]\[A=0.0496\times 2,273=112.7[㎣]\to 120[㎣]\]

2. 부하기기 접지선의 굵기 선정(3종 접지공사)

접지하는 기계기구의 저압전로 전원측에 시설된 과전류차단기 중에서 최소 적격전류를 기준으로 선정

\[A=0.0496\times I_n[㎣]\]\[A=0.0496\times 600=29.8[㎣]\to35[㎣]\]
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