[논문]서울메트로 접지시스템의 경년변화에 따른 개선 접지 기준

민병훈; 김균식; 정용기

서울메트로 접지시스템의 경년변화에 따른 개선 접지 기준
A Study on the Unification of The Grounding System of SeoulMetro due to Ageing 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.9 no.4 = no.35, 2006년, pp.394 - 400

민병훈 (서울메트로) , 김균식 (서울메트로) , 정용기 ((주)의제전기설비연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Since Seoulmetro built the first line of electric railway at seoul 1974, the passengers of railway have been increased rapidly, and electric railway requires more electric power for the greater capacity of transport. It is important that we prevent the accidents related with the subway, because all systems of subway are constructed in artificial underground structure. Since the previous versions of the earth system were built to meet the old standards of the electric facility for the lightning, some accidents related with the DC earth fault are causing secondary damages to the electric equipments. So, the old grounding system must be improved, and new standards of grounding system are required. We compare the grounding systems of the domestic railway corporations and the accidents that are related with the grounding systems. And we give ideas to improve the grounding systems and present standards which are suitable to electric railway.

주제어

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문제 정의

원인으로는 변전소 내 접지시스템이 기기용 A종 접지전극과 배전반용 D종 접지 전극으로 분리되어 있기 때문에 뇌격시 2개의 접지계간에 큰 전위차가 발생, 이로 인해 분리된 2개의 접지계간, 즉 직류 큐비클과 배전반간에 제어선이 넘어가 제어선을 통해 직류 1500[V] 주회로에 지락이 발생되었다. 그림 7(b)와 같이 기기용 접지와 배전반용 접지를 연결하는 회로를 설치하여 동일 변전소내 의 접지전위를 균등하게 하여 뇌격전류에 의한 기기 손상을 방지하고자 대책을 마련하였다. 첫째 다른 접지계간에 큰 전위차가 발생한 것에 기인 기기용 A종 접지전극과 배전반용 D종 접지전극을 접속하였다.
서울메트로 전기시설물의 경우 접지시스템은 TN과 TT방식이 혼용되어 사용되고 있고, 전력선의 접지 시스템에서도 양단, 편단, 무접지 등으로 그 방식이 통일되지 않았다. 본 연구에서는 경년변화의 영향이 적고 사고차단에 더 적합한 접지시스템을 선택하기 위한 개선 접지 기준을 제시하고자 한다.

제안 방법

사고시 변전소 접지설비는 건설당시 A, B, C종 접지공사는 분리 시공되어 있었으며 접지선의 경년변화가 심하였고 외부요인으로 인해 접지선이 쉽게 훼손되었다. 대책으로 훼손된 접지저항 28[Ω]을 개선하기 위하여 변전소 출입문앞 외벽지지 H 빔 등 접지보강을 실시하여 5[Ω]이하로 보강을 하였다.
첫째 다른 접지계간에 큰 전위차가 발생한 것에 기인 기기용 A종 접지전극과 배전반용 D종 접지전극을 접속하였다. 둘째 낙뢰에 의한 전위상승은 뇌격전류와 접지저항치 때문이므로 접지 저항치를 낮추기 위해서는 피뢰기용 A종 접지전극에 접속하였다. 셋째 뇌격전류는 급전선을 통해 침입하므로 전차선로용 피뢰기보다 제한전압이 낮은 변전소용 피뢰기를 변전소 바로 옆 전차선로측에 설치하였다.
둘째 낙뢰에 의한 전위상승은 뇌격전류와 접지저항치 때문이므로 접지 저항치를 낮추기 위해서는 피뢰기용 A종 접지전극에 접속하였다. 셋째 뇌격전류는 급전선을 통해 침입하므로 전차선로용 피뢰기보다 제한전압이 낮은 변전소용 피뢰기를 변전소 바로 옆 전차선로측에 설치하였다. 이로써 뇌격전류는 2개의 독립된 접지극으로 분류하므로 변전소의 접지 전위상승은 억제되었다.
그림 7(b)와 같이 기기용 접지와 배전반용 접지를 연결하는 회로를 설치하여 동일 변전소내 의 접지전위를 균등하게 하여 뇌격전류에 의한 기기 손상을 방지하고자 대책을 마련하였다. 첫째 다른 접지계간에 큰 전위차가 발생한 것에 기인 기기용 A종 접지전극과 배전반용 D종 접지전극을 접속하였다. 둘째 낙뢰에 의한 전위상승은 뇌격전류와 접지저항치 때문이므로 접지 저항치를 낮추기 위해서는 피뢰기용 A종 접지전극에 접속하였다.

성능/효과

(3) 경년변화 대책과 환경 문제 해결, 유지관리 측면, 장비안정성 관리측면에서 이미 12개역사 스크린도어용 접지로 운용 검증된 탄소저저항 접지모듈을 보강하여 접지스테이션으로 구축하여 접지 시스템을 개선시킨다.
그결과 피뢰기는 동작하였으나, 기기용 접지와 배전반용 접지 사이에 큰 전위차가 발생되어 직류고속도차단기(HSCB)의 고압측에서 제어선측으로 뇌격전류 유입으로 직류 고속도차단기, 제어선, 원격감시 제어장치 및 배전반 등의 일부 손상으로 변전소 송전기능이 상실되었다. 원인으로는 변전소 내 접지시스템이 기기용 A종 접지전극과 배전반용 D종 접지 전극으로 분리되어 있기 때문에 뇌격시 2개의 접지계간에 큰 전위차가 발생, 이로 인해 분리된 2개의 접지계간, 즉 직류 큐비클과 배전반간에 제어선이 넘어가 제어선을 통해 직류 1500[V] 주회로에 지락이 발생되었다.
이러한 문제를 해결하기 위한 접지시스템의 통일화를 명시화해야 하는 것으로 나타났다. 또한 접지관련규정 변화추세에 대응하기 위한 서울메트로의 접지시스템을 시설물 현황별로 검토 결과 시스템의 통일화 방안이 시급한 것으로 조사되었다. 서울메트로 전기시설물의 경우 접지시스템은 TN과 TT방식이 혼용되어 사용되고 있고, 전력선의 접지 시스템에서도 양단, 편단, 무접지 등으로 그 방식이 통일되지 않았다.
셋째 뇌격전류는 급전선을 통해 침입하므로 전차선로용 피뢰기보다 제한전압이 낮은 변전소용 피뢰기를 변전소 바로 옆 전차선로측에 설치하였다. 이로써 뇌격전류는 2개의 독립된 접지극으로 분류하므로 변전소의 접지 전위상승은 억제되었다. 국내의 경우에서는 변전소의 접지설비 훼손에 따른 정류기(SR) 내부기기 소손사고가 있었다.

후속연구

이상의 연구결과로서 향후 시설되는 수도권 지하철의 접지시스템의 기준 접지 개선을 위한 보완대책 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다.
IEEE 권고안을 보면 지하철 시설에서 많이 나타나는 전식(電蝕) 등을 고려할 경우 Carbon(탄소)과 스테인리스스틸 접지방식을 권장하고 있다[12]. 특히 서울메트로의 경우 각 기기의 전식(電蝕)에 대한 대책이 중요한 과제이므로 앞으로 접지공사의 추가 시설시 접지성능이 우수한 접지방식을 선택 적용해야 할 것으로 판단된다.
표 3에서와 같이 실드비접지(급전선)는 1, 2호선과 같이 실드를 접지하지 않을시 실드와 대지사이에 전압감지기를 설치(64P)하고 3, 4호선과 같이 실드를 편단 접지하는 경우 실드 개방단과 대지 사이에 피뢰기를 설치하여 편단접지 개방시 피뢰기를 통하여 고장전류가 흐를 수 있도록 한다. 향후 설치되는 급전선은 실드가 없는 케이블을 사용하고 이때 급전선 지지물등은 절연체를 사용하여 대지와의 절연은 충분히 확보하여야 한다.

참고문헌 (15)

社)日本電設工業協會, '電設工業', Vol No. 539, 1997. 11
Electrical Installation Requirements, 'A Global Perspective', A report by Underwriters Laboratories Inc., Paul Duks, for the National Electrical Manufacturers Association, Rosslyn. VA, USA 1999
정용기,곽희로,신효섭,정춘병,남택주,'건축전기설비에 적용되는 접지시스템 문제점과 개선방안', 전력기술인, pp.52-57, 2001. 8
高僑健彦, 接地？等電位ボンディング設計の實務知識', Ohmsha, 2003
高僑健彦, '圖解接地技術入門', Ohmsha, 1990
Y.L.Chow, M.M.A.Salama, 'A Simplified Method for Calculating the Substration Grounding Grid Resistance', IEEE Transactions on PowerDelivery, Vol.9, No.2, pp.736-742, 1994

상세보기
高僑健彦, '圖解接地システム入門', Ohmsha, 2001
창상훈,김주락,이형수,김정훈,'전기철도 접지시스템 혼용 운용시 고장전류 해석'. 한국철도학회 추계학술대회 논문집, 2000
김양수,김재문,'철도 지하구간에 대한 효율적인 접지방안에 대한 연구', 한국철도학회 2005년도 춘계 학술대회 논문집, 2005
토쿄전철 발행 '홋토 TOKKYU 임시호', 2001. 12
IEEE Std. 142, 'IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems', 1991
곽희로, 정용기, 신효섭, 'IEC 60364 건축전기설비 기술기준 핸드북', (주)의제전기설비연구원, 2000
IEEE Std 80, 'IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding', 1986
정용기'서우메트로 역사AC계통 접지시스템 보강 검토보고서', (주)의제전기설비연구원, 2006.3
LG산전주식회사 (주)대우엔지니어링, '지하철 1-4호선 전력설비 정밀안전진단 용역 보고서', 2005.9

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