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문제 정의
- 본 논문에서는 전력설비에 침입하는 뇌서지 또는 개폐서지 등에 의한 이상전압을 기기의 내전압 레벨 이하로 제한하는 피뢰기의 보호특성을 향상시키기 위한 효과적인 접지도선 설 치 기법의 제안을 목적으로 배전용 ZnO피뢰 기에 뇌임펄스전 압과 신동성 임펄스전압을 인가하였을 때 접지도선에 유도되 는 전압을 측정하고 이의 결과를 분석하였다. 접속선의 길이 와 형상을 바꾸면서 접지도선의 종류별 유도전압을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 그림 5는 피뢰기 실험에 사용한 측정회로의 개략도를 나타 낸 것 이 다. 1.2/40 [//s] 뇌임 펄스전압 및 200 [ns]/l [MHz] 진동 성 임펄스전압에 대하여 접속선의 길이가 1 [이와 2.5 [m]인 경우에 대하여 접지도선이 GV, 피뢰침용 인하도선인 LCIC, 22.9 [kV]용 CNCV에 대한 실험을 수행하였다. 접속선의 길이는 한국전력공사 배전 설계기준 3800(배전선 내뢰기준)의 설 치방법에서 케이블 입상주에 설치되는 피뢰기의 접속선은 1 [m]이하가 되도록 설치하며 시공상 부득이하고 공칭방전전류 가 5 [kA]인 피뢰기를 사용하는 경우에는 2.
- 접속선의 형상은 직선으로 곧게 연결된 경우와 경우로 “U”자 모양으로 연결된 경우, 원형으로 심하게 꼬인 나누어 그 차이를 확인하기 위해 접지도선의 유도전압을 측 정하였다. 18 [kV] ZnO피뢰기에 시험전압이 인가될 때 피뢰 기의 제한전압과 접지도선에 유기되는 유도전압 및 방전전류 를 4 채널 디지털 축적형 오실로스코프로 측정하였다.
- 9 [kV]용 CNCV 케이블을 사용하여 접지도선의 종 류별 유도전압의 변동을 분석하였다. GV선의 경우에는 금속 전선관과 접지도선의 본딩유무, LCIC과 CNCV 케이블의 경 우에는 금속외피 (shield)와 접지도선의 본딩유무에 따른 피뢰 기의 보호효과를 검토함으로써 피뢰기의 접지도선 설치기법 에 대한 최적화 방법을 제안하였다.
- 따라 서 본 논문에서는 피뢰기의 신뢰도를 높여 전력설비의 보호 성능을 향상시키기 위해서는 효과적인 피뢰기 접지도선의 설 치기법이 필요하다. 따라서 최근 배전선로에 가장 많이 설치 되고 있는 산화아연형 피뢰기의 전기적 특성을 파악하고 뇌 임펄스전압과 진동성 임펄스전압에 의한 접지도선의 유도전 압을 비교, 분석하였다.
- 5 [m]°fl 대한 형 상을 직선, U모양, 둥글게 꼬인 모양으로 바꾸어 가면서 피 뢰기 하단에 연결된 접지도선에 방전전류가 1 [kA]가 흐를 때 를 기준으로 여러 가지 설치조건에 따른 유도전압을 측정하 고 비교하여 피뢰기의 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 또 한 접지도선으로는 동일한 굵기의 피뢰침용 인하도선으로 사 용되 고 있는 낮은 특성임 피 던스의 동축케 이 블(LCIC)과 GV선 그리고 22.9 [kV]용 CNCV 케이블을 사용하여 접지도선의 종 류별 유도전압의 변동을 분석하였다. GV선의 경우에는 금속 전선관과 접지도선의 본딩유무, LCIC과 CNCV 케이블의 경 우에는 금속외피 (shield)와 접지도선의 본딩유무에 따른 피뢰 기의 보호효과를 검토함으로써 피뢰기의 접지도선 설치기법 에 대한 최적화 방법을 제안하였다.
- 실제 배전선로에 설치되어 있는 피뢰기의 설치조건을 모의 하기 위해 피뢰기의 접속선 길이 1 [nJ와 2.5 [m]°fl 대한 형 상을 직선, U모양, 둥글게 꼬인 모양으로 바꾸어 가면서 피 뢰기 하단에 연결된 접지도선에 방전전류가 1 [kA]가 흐를 때 를 기준으로 여러 가지 설치조건에 따른 유도전압을 측정하 고 비교하여 피뢰기의 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 또 한 접지도선으로는 동일한 굵기의 피뢰침용 인하도선으로 사 용되 고 있는 낮은 특성임 피 던스의 동축케 이 블(LCIC)과 GV선 그리고 22.
- 5 [m]로 구분하여 실험하였 본딩여고, 본딩조건은 GV의 경우 금속전선관 상하단에서의 본딩여부를 의미하며, LCIC와 CNCV의 경우 금속시스와의 부를 말한다. 접속선의 형상은 직선으로 곧게 연결된 경우와 경우로 “U”자 모양으로 연결된 경우, 원형으로 심하게 꼬인 나누어 그 차이를 확인하기 위해 접지도선의 유도전압을 측 정하였다. 18 [kV] ZnO피뢰기에 시험전압이 인가될 때 피뢰 기의 제한전압과 접지도선에 유기되는 유도전압 및 방전전류 를 4 채널 디지털 축적형 오실로스코프로 측정하였다.
- 피뢰기의 접지도선은 전기설비 기술기준 제73조에 규정된 철근콘크리트주의 길이를 기준하여 20 [m]로 정했으며, 피뢰 침용 인하도선인 특성임피던스가 낮은 케이블(Low-character istic impedance cable : LCIC ; 특성임피던스 3 SD과 접지 공사에 흔히 사용하고 있는 GV, 22, 9 [kV] 수전용 인입선으로 사용하는 CNCV 케이블로 분류하여 실험하였다. 본딩조건 에 따른 전기적인 특성을 조사하기 위해, GV전선을 넣는 금 속관으로는 실험실내에서 다루기 용이한 38 가요전선관 을 사용했고, LCIC와 CNCV 케이블의 경우에는 금속시스 (shieldX 금속관으로 대용하여 실험하였다.
대상 데이터
- 본딩조건 에 따른 전기적인 특성을 조사하기 위해, GV전선을 넣는 금 속관으로는 실험실내에서 다루기 용이한 38 가요전선관 을 사용했고, LCIC와 CNCV 케이블의 경우에는 금속시스 (shieldX 금속관으로 대용하여 실험하였다. 또한 접속선은 한국전력공사 배전분야 설계기준 3800(배전선 내뢰기준)의 설치방법에서 제시하고 있는 “절연전선 5 fan] 이상”인 규정 을 따라 실제 시공시 대부분 P.D.C 5M 단심(가교폴리에틸 렌 절연전수1)과 5 [in끼 이상 GV전선을 사용하므로 본 실험에 서는 GV 22 I]를 사용하였다.
- 본 연구에 사용한 피뢰기는 정격전압이 18 [kV], 공칭방전 전류가 2.5 [kA]인 22.9 [kV]용 갭리스형 산화아연 피뢰기로서, 정격전압이 3 [kV]인 ZnO바리스터가 6개 직렬로 연결된 구조 로 되어 있다. 그림 6은 본 실험에서 수행한 실험전압에 의 해 측정한 피뢰기의 V-I 특성을 나타내었으며, 방전전류 800 [A]이내의 범위에서 수행하였다.
- 피뢰기의 접지도선은 전기설비 기술기준 제73조에 규정된 철근콘크리트주의 길이를 기준하여 20 [m]로 정했으며, 피뢰 침용 인하도선인 특성임피던스가 낮은 케이블(Low-character istic impedance cable : LCIC ; 특성임피던스 3 SD과 접지 공사에 흔히 사용하고 있는 GV, 22, 9 [kV] 수전용 인입선으로 사용하는 CNCV 케이블로 분류하여 실험하였다. 본딩조건 에 따른 전기적인 특성을 조사하기 위해, GV전선을 넣는 금 속관으로는 실험실내에서 다루기 용이한 38 가요전선관 을 사용했고, LCIC와 CNCV 케이블의 경우에는 금속시스 (shieldX 금속관으로 대용하여 실험하였다. 또한 접속선은 한국전력공사 배전분야 설계기준 3800(배전선 내뢰기준)의 설치방법에서 제시하고 있는 “절연전선 5 fan] 이상”인 규정 을 따라 실제 시공시 대부분 P.
성능/효과
- (1) 피뢰 기의 접지도선으로는 특성임피던스가 낮은 케이블이 가장 효과적임을 알았다.
- (2) 접지도선과 금속전선관 또는 케이블의 금속시스를 본딩 하면 접지도선에 유도되는 전압이 낮아지며, 피뢰기의 뇌 서지에 대한 보호특성의 향상을 위해 본딩은 중요한 접 지도선의 설치기법 임을 확인하였다. 접지도선과 금속관을 본딩하지 않으면 쵸킹효과가 발생하고, 본딩하면 표피효 과에 의해 접지도선의 유도전압이 낮아지므로 접지도선 은 본딩하는 것이 타당하다.
- (3) 접속선의 길이는 짧고, 형상은 직선으로 하는 것이 인덕 턴스의 증가를 억제할 수 있으므로 효과적이다.
- (4) 접지도선의 본딩효과와 접속선 길이에 따른 피뢰기 설치 효과의 향상에 대한 결과는 전력설비를 이상전압으로부 터 보호하여 전력공급 신뢰도를 향상시키며, 전력설비의 절연협조에 효과적이다.
- 그림 8에 접지도선으로 GV전선을 사용하고 뇌임펄스전압 이 인가되었을 때 접지도선에 유도되는 전압파형을 고속프리 에 변환한 결과를 나타내었다. 금속관에 본딩하지 않은 경우 와 비교해서 본딩한 경우에는 유도전압의 초기부분에서 과도 적으로 나타나는 과전압이 상당부분 감소하였고, 주파수분석 결과에서도 2 정도의 고주파성분이 대단히 줄어들어 DC 를 포함한 저주파 성분이 지배적으로 나타나는 것을 확인할 수 있다.
- 1 [%] 정도 유도전압이 낮아졌다. 뇌임펄스전압과 마 찬가지로 진동성 임펄스전압의 경우에도 특성임피던스가 낮 은 케이블을 접지도선으로 사용하면 접지도선의 유도전압을 효과적으로 낮출 수 있어 가장 좋은 것으로 나타났다. 본딩 하는 것이 LCIC의 경우에 9.
- 본딩조건은 뇌임펄스전압 인가시험의 경우와 동 일하다. 접속선 길이와 형태 및 접지도선과 금속관의 본딩조 건에 따라서는 방전전류 및 제한전압의 파형의 형태는 거의 변하지 않으나, LCIC가 본딩하지 않을 경우는 GV에 비해 53.2 [%], CNCV에 비해서는 63.3 [%] 정도 유도전압이 낮아 졌고, 본딩할 경우에는 GV에 비해 43.1 [%], CNCV에 비해 서는 60.1 [%] 정도 유도전압이 낮아졌다. 뇌임펄스전압과 마 찬가지로 진동성 임펄스전압의 경우에도 특성임피던스가 낮 은 케이블을 접지도선으로 사용하면 접지도선의 유도전압을 효과적으로 낮출 수 있어 가장 좋은 것으로 나타났다.
- 9 [%] 정도 유도전압이 낮아졌다. 접속선이 1 [m]인 경우와 2.5 [m]인 경우 모두 피뢰침용 인하도선으로 사용되는 LCIC를 접지도선으로 사용하면 유도전압이 낮아져 피뢰기의 접지도 선으로 효과적임을 확인할 수 있었다. 또한 접지도선을 본딩 하면 본딩하지 않았을 때보다 LCIC의 경우에 5.
- 접지도선과 금속관의 본딩조건에 대해서는 방전전류 및 제 한전압 파형의 형태는 거의 변하지 않았으며, 피뢰기에 6/13 인 뇌임펄스전류가 인가되었을 때 제한전압은 접지도선과 접속선 형태에 따라 인가전류의 파미부분에서 감소가 뚜렷한 파형으로 나타나고 접지도선에 유도된 전압은 전류의 변화율 의 영향이 크게 나타남을 알 수 있다. 즉, 인가전류에 의해 인하도선에는#[V]의 전압이 발생하여 #의 영향이 지배적으로 나타났다.
- 접지도선의 전위상승은 접지도선과 금속관을 본딩하지 않은 경우보다 본딩을 하였을 경우가 낮게 나타났으며, 전위상승 파 형을 보더라도 인덕턴스의 영향이 현저하게 줄어들었음을 알 수 있다. 접지도선과 금속관을 본딩하지 않게 되면 금속관은 뇌 격전류의 흐름에 의해서 발생하는 자속의 자로가 되어 접지도 선의 인덕턴스를 증가시키는 역할을 하게 되어 뇌격전류의 효 과적인 통로로서의 기능을 못하게 된다.
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