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이상전압과 피뢰기

1선지락과 유효접지

1선지락과 유효접지

[71-2] 직접접지 계통에서 유효접지의 의미와 유효접지 조건에 관하여 설명하시오.

[87-1] 접지시스템에서 접지계수와 유효접지에 대하여 설명하고, 이들의 관계에 대 하여 언급하시오.

[89-3] 초고압 송전계통에서 직접접지방식을 주로 채택하는 이유를 설명하시오.

[89-1] 유효접지방식을 채택한 송전계통에서 유효접지의 조건과 지락사고시 건전 상의 전위상승에 대하여 설명하시오.

[95-2] 유효접지방식의 의미에 대하여 설명하고, 초고압계통에서 이를 적용하는 이유를 기술하시오.

유효접지의 개념

전력계통에서 1선지락 고장시 건전상의 전위가 상규 대지전압의 1.3배 이하가 되도록 중성점을 접지하는 것을 말한다.

1선지락 고장해석

1) 1선지락시 대칭분 등가회로(a상 지락조건)

1선 지락시 대칭분 등가회로(Sequence Network)는 불평형 고장으로 정상분, 역상분이 나타나며, 1선 지락시 상도체 이외의 제4의 경로(대지 귀로회로)가 존재하므로 영상분 회로도 포함된다. 1선지락시 대칭분 등가회로는 직렬로 연결된 회로이다.

1선지락시 대칭분 등가회로

1) 회로 조건

\[I_0=I_1=I_2\] \[I_0=frac{E_a}{Z_0+Z_1+Z_2}\]

…… (1)식
2) 발전기 기본식

\[V_0=-I_0Z_0\] \[V_1=E_a-I_1Z_1\] \[V_2=-I_2Z_2\]

2) 지락전류(a상 전류)

a상 전류는 대칭좌표 해석법에 의하여 다음과 같다.

\[I_a=I_0+I_1+I_2=3I_0\] \[=3\times\frac{E_a}{Z_0+Z_1+Z_2}\]

3) 건전상 전압

\[V_c=V_0+aV_1+a^2 V_2\] \[=-I_0 Z_0+a(E_a-I_0Z_1)-a^2I_0Z_2 \] \[\cdot\cdot\cdot-I_0 로 묶어서 정리후 (1)식 대입\] \[=\frac{(a-1)Z_0+(a-a^2)Z_2}{Z_0+Z_1+Z_2}\times E_a\] \[\cdot\cdot\cdot(2)식\]

1선지락시 건전상 전위상승

대칭분 임피던스의 크기는 변압기, 선로, 회전기에 따라 다르게 나타난다. 대개 정상분과 역상분의 크기는 거의 동일한 값을 가지므로 정상분과 역상분은 동일한 값으로 놓고 전력계통은 저항성분은 리액턴스 성분에 비해서 매우 작아서 무시하고 해석한다.

정상분(역상분)임피던스

\[Z_1=Z_2=R_1+jX_1≃jX_1(R_1\lt\lt X_1)\]

영상분 임피던스

\[Z_0=R_0+jX_0\]

(2)식을 a상 상규 대지전위에 대한 c상 고장시 대지전위의 비를 K라 하고, K값만을 관측하면 건전상 대지전위 상승을 알 수 있다.

\[K=\frac{V_c}{E_a}=\frac{(a-1)(R_0+jX_0)+(a-a^2)jX_1}{R_0+j(X_0+2X_1)}\]

분자와 분모를 X1으로 나눈다

\[K=\frac{(a-1)(\frac{R_0}{X_1}+j\frac{X_0}{X_1})+j(a-a^2)}{\frac{R_0}{X_1}+j(\frac{X_0}{X_1}+2)}\]
\[변수(X_0/X_1)\] \[파라메터(R_0/X_1)\]
1선지락시 건전상 전위상승

유효접지 조건

1) 유효접지 조건

1선 지락시 건전상의 대지전위 상승을 1.3배 이하로 제한하기 위해서는 아래의 조건을 만족해야 함을 알 수가 있다.

\[\frac{R_0}{X_1}\le 1\ and\ 0\le \frac{X_0}{X_1}\le 3\]

2) 의미

\[R_0/X_1\le 1\]

정상분 임피던스(X1)에 비해서 낮은 저항 값으로 중성점을 접지해야 됨을 알 수 있다.

\[0\le X_0/X_1\le3\]

중성점 직접접지 방식에서는 영상분 임피던스(X1)는 항상 양의 값을 갖으며, 영상분 임피던스(X0)의 크기는 정상분의 3배 이하로 제한되어야 함을 알 수 있다

참고로, 비접지 방식에서는 정전용량이 매우 증가되는 경우에 영상분 임피던스(X0)가 음의 값을 갖을 수 있는데, 그런 경우 매우 큰 이상전압이 발생됨을 알 수 있다.

대칭분 임피던스

변압기[영상분=정상분=역상분]
변압기는 누설리액턴스로 정상, 역상, 영상 임피던스가 모두 동일하게 작용

송전선로, 배전선로 [영상분>정상분=역상분]
서로에서 영상분은 대지를 포함하고, 또한 영상분 전류에 의해 선로의 작용 인덕턴스가 크게 증가한다. 대략 영상분은 정상분과 역상분에 비해서 3~4배 큰 값을 갖는다.

회전기[정상분>역상분>영상분]
회전기에는 영상분이 가장 작게 나타남

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