차단기 개폐 서지

1. 개폐 저항

• 원리: 차단기 접점 사이에 저항을 삽입하여 아크 소멸 시 발생하는 과도 전압을 흡수합니다.
• 장점: 간단하고 경제적인 방법이며, 다양한 조건에 적용 가능합니다.
• 단점: 저항에서 발생하는 열로 인해 손실이 발생하고, 저항의 값을 적절히 선정해야 합니다.

2. 서지 흡수 소자 (Varistor)

• 원리: 비선형 저항 특성을 이용하여 과전압 시 저항값이 급격히 감소하여 에너지를 흡수합니다.
• 장점: 빠른 응답 속도와 높은 에너지 흡수 능력을 가지고 있습니다.
• 단점: 초기 투자 비용이 비교적 높고, 수명이 제한적입니다.

3. 콘덴서

• 원리: 콘덴서에 에너지를 저장하여 과도 전압을 억제합니다.
• 장점: 다양한 용량의 콘덴서를 사용하여 필요한 에너지 흡수량을 조절할 수 있습니다.
• 단점: 공진 현상 발생 가능성이 있으며, 설계 시 주의가 필요합니다.

4. 리액터

• 원리: 리액터의 인덕턴스를 이용하여 전류 변화율을 제한하고 과도 전압을 억제합니다.
• 장점: 안정적인 특성을 가지고 있으며, 장기간 사용이 가능합니다.
• 단점: 부피가 크고 무게가 나가며, 비용이 비교적 높습니다.

5. 피뢰기

• 원리: 과도 전압이 일정 값을 초과하면 스파크 개방을 통해 과잉 에너지를 방출합니다.
• 장점: 높은 에너지 방출 능력을 가지고 있습니다.
• 단점: 반복적인 방전으로 인해 수명이 짧아질 수 있으며, 설치 공간이 필요합니다.

6. 접지 시스템 개선

• 원리: 접지 저항을 낮추어 과도 전압을 지구로 방출시켜 줍니다.
• 장점: 시스템 전체의 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
• 단점: 토양 조건에 따라 효과가 달라질 수 있으며, 설치 비용이 발생할 수 있습니다.

7. 차단기 성능 향상

• 원리: 차단기의 개폐 속도를 조절하거나 아크 소멸 시간을 단축시켜 서지 발생을 줄입니다.
• 장점: 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
• 단점: 차단기의 성능이 제한적일 수 있습니다.

8. 계통 구성 변경

• 원리: 계통의 구성을 변경하여 서지 발생 가능성을 줄입니다. 예를 들어, 선로의 길이를 단축하거나 분기점을 추가하는 방법이 있습니다.
• 장점: 시스템 전체의 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
• 단점: 비용이 많이 들고, 시스템 전체에 영향을 미칠 수 있습니다.

1)재점호에 의한 서지

• 무부하 충전선로 차단 시 절연회복이 충분하지 못하면 차단 순간 접점 사이에 다량의 이온으로 인해 아크가 발생

2)전류절단에 의한 서지

• 전류 0점이 아닌 곳에서 차단 시 발생

• 역기전력에 의한 차단시간이 짧아지면 서지가 발생

3)비동기 투입에 의한 서지

• 투입 시 시간 차가 발생하여 최대 3배 서지 발생
• 한 상이 먼저 투입되면 변압기 2차 측에 정전유도로 인한 서지 발생

1)전류재단에 의한 서지

• 차단기 2차 측에 SA를 설치한다
• 저압기기 저원측에 SPD를 설치한다
• 여자전류의 경우에는 DS로 차단한다
• 변압기와 병렬로 적당한 용량의 콘덴서를 설치

2)재점호에 의한 서지

• 차단기 2차 측에 SA를 설치한다
• 저압기기 전원 측에 SPD를 설치한다
• 병렬로 적당한 용량의 저항, 콘덴서를 설치(콘덴서는 서지완화, 저항은 고주파 전류 제한)

3)비동기 투입에 의한 서지

• 동기 투입계전기를 사용하여 투입
• 저압 측 피뢰기 설치
• 저압 측에 접지콘덴서 설치

4)고속도 재폐로에 의한 서지

• HSGS로 잔류전하를 측정 방전
• 중성점 접지를 해서 잔류저하를 대지로 방전
• 아크에 의한 이온 소호시간 경과 후 재투입
• 투입저항을 사용해서 2단 투입방식을 채용

5)결상에 의한 서지(철공진 이상전압)

• 결상계전기를 사용해서 결상 시 차단기 트립

개폐 서지의 종류

1)무부하 선로의 개폐 서지

• 투입서지
  과도현상에 의한 전압이 정반사되어 최대 2배 발생 콘덴서 투입 시 돌입전류가 발생

(Z₂>>Z₁이면)

• 차단서지
  충격전류 차단 시 재점호에 의해 3~3.5배 서지 발생
• 대책
  • 차단속도를 빠르게 하여 재점호 방지
  • 저항 차단방식 적용
  • LA, SA 설치하여 대책 마련

• 재점호에 의한 서지
  무부하 충전선로 차단 시 절연회복이 충분하지 못하면 차단 순간 접점 사이에 다량의 이온으로 인해 아크가 발생

2)유도성 소전류 차단서지

• 전류절단서지
  전류 0점이 아닌 곳에서 차단할 때 발생
  역기전력에 의한 차단시간이 짧아지면 서지가 발생

• 반복 재점호 서지
  전류절단서지에 차단기 극간 절연회복이 안 되면 짧은 시간 발호와 소호를 반복적으로 발생하면서 서지가 최대 5~6배 발생한다

• 유발 절단 서지
  3상 전류 차단 시 전류 0점이 아닌 상도 차단되어 큰 전류의 전류 절단 서지가 발생하나 실제 회로에서는 거의 무시할 정도로 문제가 없다

• 대책
  LA,SA 설치하여 서지 차단

3)고장전류 차단

• 전극 간의 소호력에 의한 절연회복 능력과 재기전압 강약으로 차단 유무 결정
• 재기전압은 차단 능력 측정의 중요요소가 되는데 차단이 성공하면 회복전압으로 차단 실패 시에는 재점호(재발호)가 되는 전압
• 용어
  • 아크전압 : 아크 발생 중 접촉자 간 발생하는 전압
  • 회복전압 : Recovery Voltage 상용주차로 안정된 상태
  • 재점호 : 재기전압에 의해 절연파괴 시 발생
• 대책
  중성점 저항 접지 방식을 채택한다.

4)3상 비동시 투입 시 개폐 서지

• 3상이 동시에 투입되지 않고 순차적으로 투입 시 발생하며 최대 3배 이상이 발생하는데, 재점호가 거의 없고 BIL이내 파고값이므로 큰 영향이 없다
• 대책
  변압기 2차 측에 병렬로 콘덴서를 설치하고 LA 설치

5)고속 재폐로 시 개폐 서지

• 고속 재폐로 시 선로의 잔류전하 영향으로 재점호 발생
• 대책
  • 선로 측에 분로 리액터 설치
  • HSGS설치
  • 차단후 충분한 시간 후 재투입

6)철공진 이상전압

• 회로가 단선 상태가 되면 변압기의 여자 임피던스와 선로의 정전용량이 공진을 일으켜 이상전압 발생