피뢰기(LA)의 구조 및 종류 / 피뢰기의 동작특성

피뢰기(LA)의 구조 및 종류 / 피뢰기의 동작특성

 

1. 피뢰기의 설치목적

피뢰기는 낙뢰 및 회로의 개폐시 발생하는 과(서지)전압을 일시적으로 대지로 방류시켜 계통에 설치된 기기 및 선로를 보호하기 위하여 설치한다.(피뢰기의 주 보호 대상물은 전력용 변압기이다)

 

2. 피뢰기에 요구되는 기능

· 정상전압, 정상주파수에서는 절연내력이 높아 방전하지 않을 것.

· 이상전압, 이상주파수에서는 절연내력이 낮아져 신속하게 방류특성이 될 것.

· 전압회복 후 잔류전압 및 전류를 자동적으로 신속히 차단할 것.

· 방전 후 이상전류 통전시의 피뢰기의 단자전압(제한전압)을 일정레벨 이하로 억제할 것.

· 반복동작에 대하여 특성이 변화하지 않을 것.

 

3. 피뢰기의 구조 및 종류

피뢰기는 일반적으로 직렬갭과 특성요소로 구성되며, 계통의 전압별로 특성요소의 수량을 적합한 수량으로 포개어 조정한다.

1) 구조

< SIC 피뢰기 / 금속산화물 피뢰기 >

 

1-1) 직렬갭

정상시에는 방전을 하지 않고 절연상태를 유지하며, 이상 과전압 발생시에는 신속히 이상전압을 대지로 방전하고 속류를 차단한다.

1-2) 특성요소

탄화규소 입자를 각종 결합체와 혼합한 것으로 밸브 저항체라고도 하며, 비저항 특성을 가지고 있어 큰 방전전류에 대해서는 저항 값이 낮아져 제한전압을 낮게 억제함과 동시에 비교적 낮은 전압계통에서는 높은 저항 값으로 속류를 차단하여 직렬갭에 의한 속류의 차단을 용이하게 도와주는 작용을 한다.

1-2-1) 특성요소의 종류

SIC특성요소, 금속산화물 특성요소가 있다.

1-2-2) 특성요소별 V-I특성곡선

특성도에서와 같이 금속산화물의 비 직선 저항특성으로 직렬 갭이 선로와 절연을 할 필요가 없다.

 

2) 피뢰기의 종류

최근에는 갭레스형이 그 특성이 우수하여 일반적으로 채용하고 있다.

 

· 갭 저항형 (GAP RESISTANCE TYPE)

· 갭 레스형(GAP LESS TYPE) : 특성요소(ZnO : 산화아연)로만 구성.

· 밸브 저항형 (VALVE RESISTANCE TYPE) : 직렬 갭 + 특성요소(SiC)

· 밸브형 (VALVE  TYPE)

 

4. 피뢰기의 동작특성 및 특징

< 피뢰기의 특성도 >

 

1) 갭 저항형의 특성

상용주파수의 계통전압에서 서지가 겹쳐서 그 파고 값이 임펄스 방전 개시전압에 이르면 피뢰기가 방전을 개시하여 전압이 내려가며 동시에 방전전류가 흘러 제한전압이 발생한다.

서지전압 소멸 후 계통전압을 따라 속류가 흐르지만 처음의 전류 "0" 점에서 속류를 차단하고 원상태로 회복된다.

이러한 동작은 반 사이클의 짧은 시간에 이루어 진다.

 

2) 갭 레스형의 특성

기존의 Sic(탄화규소) 특성요소를 비 직선 저항특성의 산화아연(ZnO ) 소자를 적용한 것으로서, 전압-전류 특성은 Sic 소자에 비하여 광범위하게 전압이 거의 일정하며 정전압장치에 가까워 진다.

SiC소자는 상규 대지전압이라도 상시전류가 흐르므로 소자의 온도가 상승하여 소손되기 때문에 직렬 갭으로 전류를 차단해 둘 필요가 있다.

갭레스 피뢰기의 경우에는 누설전류가 1㎃ 로서 문제가 발생되지 않으므로 직렬 갭이 선로와 절연을 할 필요가 없으므로 소형 경량으로 되며 그 특징은 아래와 같다.

 

2-1) 갭레스 피뢰기의 특징

· 방전 갭이 없으므로 소형,경량으로 된다.

· 방전시간이 빠르고 오손에 강하다.

· 방전 갭이 없으므로 항상 누설전류(1㎃로서 문제가 발생되지 않는다)가 흐르나, 불꽂 방전의 늦음이 없어 급준파 서지에도 빠르게 응답하고 이를 억제한다.

· 방전 과도현상이 없고 무속류이므로 가열 소손이 없다.

· 고전류 임펄스에 대해서도 제한전압이 안정된다.

· 광범위한 방전전류에 대해 단자전압이 거의 일정하게 유지된다.

· 전압이 보호레벨에 달할 때까지 거의 전류를 흘리지 않고 보호레벨을 초과하는 과전압을 제한할 필요 단계에서 전류를 흘리는 밸브작용이 있다.

· ZnO 소자의 단위 체적당의 흡수에너지가 크다.

· 내구성이 우수하여 수명이 100년 이상으로 추정하고 있다.

· 초 고압 직류 송전계통에도 적용이 가능하다.

· 저전류 영역을 제외하고 보호특성은 온도에 영향을 받지 않는다.