피뢰기(LA)의 정격 선정 / 공칭방전전류

피뢰기(LA)의 정격 선정 / 공칭방전전류

 

1. 피뢰기의 정격

1) 선정방법

피뢰기가 소기의 기능을 발휘하기 위해서는 계통의 과전압, 시설물 차폐여부, 설비의 중요도, 선로 및 피 보호기기의 절연내력, 기상조건 등을 종합적으로 검토하여 적용한다.

1-1) 피뢰기의 선정시 유의사항

· 피뢰기의 설치장소에서의 최대상용주파 대지전압

· 가장 심한 피뢰기의 방전전류의 크기 및 파형

· 피 보호기기의 충격절연내력 결정

· 피뢰기의 정격전압 및 공칭 방전전류

· 피뢰기의 보호레벨 결정

· 이격거리 및 기타 관계요소를 고려하여 피뢰기로 제한된 피 보호기기에서의 전압결정

 

2) 설계순서

① 설치장소의 최대상용주파 대지전압결정

② 피뢰기의 방전전류의 크기 및 파형추정

③ 피보호기기의 충격 절연내력 결정

④ 피뢰기의 정격전압 및 공칭 방전전류의 결정

⑤ 피뢰기의 보호레벨 결정

⑥ 피뢰기의 설치 (시험성적서 확인, 유효설치거리 및 이격거리 검토)

 

3) 정격전압

· 규정된 조건에서 동작책무를 반복 수행할 수 있는 상용주파 허용 단자전압(실효치)의 최고한도를 나타낸다.

*주( )내는 ANSI 62.1에서 규정한 수치임.

 

3-1) 선정방법

①공칭전압에 의한 방법

②접지계수 및 여유도와 계통의 최고허용전압(일선지락 사고시의 피뢰기 설치점에 나타나는 최고전압의 실효치 기준)을 고려한 계산법

③공칭전압과 접지방식을 고려한 방법

④전기사업자의 송배전선로 중성점 접지방식을 고려하여 정한 내선규정의 피뢰기 정격전압.

등으로서 여기에서는 ②,③의 방법을 설명한다.

 

3-2) ②의 방법

· 피뢰기의 정격전압 = αβVm

α : 접지계수

계통의 어느 점에서도 접지계수가 80%를 초과하지 않는 계통을 말하며. 아래의 값을 적용한다.

· 유효접지계통 : 65~80%, (일반적으로 직접접지계통에 해당)

· 비유효접지 계통 : 80%초과(고 저항,소호리액터 접지)

β : 여유도

부하차단 등에 의한 발전기의 전압상승을 고려한 것.

· 유효접지계통 : 1.1

· 비유효접지 계통 : 1.15

Vm : 계통의 최고허용전압(상 전압으로 한다.)

αβ : 보통 115%로 산정하여 적용하고 있다.

 

3-3) ③의 방법

· 직접 접지계 : 0.8 ~ 1.0 V

· 저항, 소호 리액터접지 : 1.4 ~ 1.6 V

· 참고 22.9KV 다중접지 계통배전선로의 정격전압은 : 18KV적용.

 

4) 공칭방전전류(방전내량)

피뢰기의 방전내량의 한계치를 표시하며, 한계치를 초과하는 대전류가 통전시에는 피뢰기가 파괴될 수 있으며 전기설비기술기준에서 피뢰기 설치장소별 공칭방전전류를 규정하고 있다.

 

· 결정요소

발,변전소의 차폐유무와 설치점의 IKL(연간 뇌 발생빈도수)

 

· 종류

10 kA : 발,변전소의 인출점, 산정상의 전원설비, 무선중계소, 등

5 kA : 66kV 3000kvA 이하인 장소

2.5 kA : 배전선로, 배전선 휘다 인출측

 

4-1) 설치장소별 피뢰기 공칭 방전전류

4-2) IEC 및 ANSI에서 규정하는 공칭 방전전류

 

5) 피뢰기 보호레벨의 선정

피뢰기에 의하여 보호할 수 있는 절연기기의 보호레벨(보호가능한 절연 BIL의 범위)정도를 표시하는 것으로 방전특성과 제한전압 특성으로 결정한다.

 

· 충격파 영역의 80% 이하가 되도록 유도를 가지고 선정된다.

· 피뢰기의 개폐서지에 대한 보호레벨은 BIL×85%×85% 이하로 해서 절연협조를 계획한다.

· 비유효 접지계에서는 중성점에 피뢰기를 설치한다.

· IEC 99-1A 에 의하면 피뢰기와 피 보호기기가 연접되는 조건에서 피 보호기기의 충격절연내력과 보호레벨간의 최소 보호비는 1.2 이다.

 

5-1) 방전특성

뇌서지나 개폐서지 등의 과전압이 피뢰기에 인가된 경우 방전을 개시하는 전압으로 정격전압(허용단자전압)의 실효값을 P라고 하면 표준파에 대한 방전전압 파고값은 (1.6~3.0)P의 범위이며 오손, 적설 등의 외부 기상조건의 영향을 받기 쉬운 것으로 이를 방지하기 위하여 갭에 병렬저항을 삽입하며, 갭 애관의 표면을 청결하게 유지하는 것이 중요하다.

 

5-2) 제한전압(피뢰기의 단자전압)

피뢰기 단자에 이상전압 내습시 그 방전전류가 흐른 경우 피뢰기 단자의 사이에 잔류하는 충격전압을 말하며 서지 방전 중 제한하는 전압으로, 보호대상기기의 충격절연내력 (BIL : Basic Insulation Level)보다 충분히 낮은 것이 요구된다.

5-2-1) 제한전압의 결정인자

이상전압의 파형 및 파고치(피뢰기가 없는 경우 그 점에 나타나는 전압 : 보통 1선 지락전류를 기준으로 한다)

피뢰기의 방전(전압,전류)특성

선로 및 피보호기의 정수와 피뢰기와 피 보호기기와의 이격거리

5-2-2) 지속성 이상전압

피뢰기가 동작하는 경우에는 회로의 지속전압도 상규전압을 초과하는 경우가 발생된다.

피뢰기는 이와같은 지속성 이상전압이 피뢰기 단자에 가해진 상태에서도 속류를 완전히 차단하여야 한다.

5-2-3) 간헐성 이상전압

송전계통에서는 간헐성 이상전압이 발생하며, 파고치가 일정기준치 이하의 간헐성 이상전압의 경우에는 피뢰기는 방전하지 않아야 한다.

5-2-4) 상용주파 허용 단자전압

1선 지락사고시의 전압상승, 부하차단시의 발전전압의 상승, 페란티효과에 의한 변압기 고압측의 전압상승 등이 중복되었을 경우에는 상용주파수의 지속성 과전압이 걸리게 된다.

그러나 실제로는 발생될 수 있는 전압으로는 3상 건전시에 일어날 수 있는 지속성 이상전압(1.15E*1.7÷√3 = 1.13E, E:공칭전압)에 20%를 증가시킨 1.4E를 적용하여 피뢰기를 제작하고 있다.

피뢰기의 허용단자전압은 피뢰기 특성요소의 직렬 단위 수를 늘리면 높일 수 있다.