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B029 서지의 원인과 대책

서지의 원인과 대책

개요

  • 최근 자연 발생으로 서지가 지속적으로 등가하여 서지 및 노이즈발생 비율이 높아지고 있다
  • 또한 부하 측에서는 자동설비에 따른 전력소자 사용으로 조그마한 서지 및 노이즈에도 많은 영향을 받을 수 밖에 없는 환경이 조성되어 있다
  • 한 번의 서지 및 노이즈가 부하측에 영향을 주어 그 파급효과가 경제적 손실이 크게 발생 하므로 이에 대한 대책을 세워나가야 할 것이다
  • 선로 이상 전압은 스위치 개폐 등에 의한 내부 Surge와 낙뢰등으로 인한 외부 Surge로 나누어질 수 있다.
    • 외부 Surge : 뇌 서지(유도뢰, 직격뢰)
    • 내부 Surge : 개폐 서지, 지락 서지, 상용주파 서지, 철심포화 서지

서지의 발생원인

1)자연 발생에 의한 Surge

  • 뇌운의 전위경도는 대략 100[]정도
    • +뇌운 크기 : 9~12[]
    • -뇌운 크기 : 500[]~10[]
  • 뇌운 발생은 선택접촉설, 수적분열설, 빙전대전설 등이 발표되고 있다
  • 뇌운의 종류- 여뢰(상승기류), 계뢰(한랭, 온랭전선), 우뢰(태풍, 저기압)
  • 낙뢰 발생과 뇌임펄스 전압의 표준파형(IEC)
  • 뇌서지 종류
    • 직격뢰
      직격뢰는 뇌운으로부터 직접 발생하여 대지로 방사한 대단히 강력한 전자력선으로 구조물 또는 피뢰침에 직접 뇌격하는 것으로써 약200[]이상의 뇌전류를 가지고 있다
    • 간접뢰
      송전선 및 통신선선로에 낙뢰가 뇌격하여 선로를 통하여 서지가 전도하는 것
    • 유도뢰
      낙뢰지점의 근접한곳에 매설된 전원선, 통신선, 접지 등의 도체를 통하여 서지가 전도되는 것

2)개폐Surge

개폐기, 차단기 On/Off시 발생하는 Surge

  • 뇌 Surge에 비해 파고값은 높지 않지만, 지속시간 길어서 기기절연에 영향
  • 개폐 Surge의 종류
    • 무부하 선로 개폐 : 투입 Surge, 차단시 재점호Surge
    • 유도성 소전류 차단Surge : 전류절단, 반복재점호, 유발절단Surge
    • 고장전류 차단 Surge : 지락 단락 Surge
    • 3상 비동기 투입 Surge : 3상의 비동기 투입 Surge
  • 개폐 Surge중 무부하 개폐 서지와 유도성 소전류 차단 서지가 대표적임
    • 무부하 개폐 Surge
      무부하 선로 투입 시 교류전압 최댓값 Em 의 2Em Surge전압이 발생하며, 차단 시 절연 회복이 충분치 못하면 3Em서지 발생
    • 유도성 소전류 차단Surge
      무부하 여자전류, 지연 소전류 차단 시 발생
      • 전류 전달 서지 : 전류의 영점을 기다리지 않고 강제 차단할때
      • 반복 재점호 서지 : 극 간 절연 회복의 상태에 따라 점호, 소호가 반복될 때
      • 유발 절단 서지 : 3상 전류 차단 시 각상의 전류 절단 위상이 다를 때 발생

3)지락 서지

선로의 1선지락, 2선지락사고 시 과도현상에 의한 중성점 전위 상승으로 이상전압이 발생(선로와 대지 간 전압 상승)

4)기동 서지

전동기 인버터 등의 작동 중에 발생하는 서지

5)정전기에 의한 서지, 핵에 의한 서지

서지의 침입경로

서지는 전기기기의 입력선, 전원선, 출력선, 접지계통, 공중파 등으로 침입하는데, 다음 그림은 서지와 노이즈의 침입경로와 그 비율을 표시한 것이다

서지 및 노이즈의 대책

1)서지의 대책

서지전압에 의해서 민감한 전자장비가 파손되는 것을 막기위해서는 등전위 접지보호장치를 적용시켜야 한다

-외뢰 서지 보호

  • 회전 구체법에 의한 피뢰침설비를 하여 뇌차폐
  • 피뢰기의 설치
  • 등전위화 접지

-내뢰 서지 보호

  • 내전압 성능(BIL)이 낮은 건식의 기긱(Mold기기)등에는 서지 옵서버 설치
  • 보호장치의 적용 : 서지전압 보호장치는 지정된 동작범위 이내에서 동작하는 한 전자장비에 위험을 야기하지 않는 레벌까지 이상현상은 억제시키는 것이다.
  • 복합 보호회로의 적용 : 위 표에서 개별 보호소자의 장점을 활용하여 적용한 회로
  • 등전위화 : 뇌서지의 침입 시 전위가 상승하여도 기기 외함과 전원의 상대 전위차는 보호장치의 제한전압 정도의 낮은 전위를 유지할 수 있다
  • 보호장치와 절연트랜스의 조합
  • 접지설비의 서지임피던스 저감
    • 뇌서지에 의한 접지저항값이 높으면 그 점의 전위 상승이 높아지며, 특히 뇌 서지의 고조파 성분이 많으므로 접지저항보다도 접지 임피던스로 영향이 매우 크다
    • 대지전위 상승에 의한 기기의 손상방지와 인체의 보안상으로도 서지접지저항 값을 낮출 필요가 있다. 접자전극의 형상과 접지선의 굵기와 배선에 따라 서지접지저항값을 감소시킬 수 있다
서지및 노이즈(~032)
서지의 원인과 대책
차단기의 개폐서지1
차단기의 개폐저지2
노이즈
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B027 코로나

코로나

개요

  • 코로나는 공기와 같은 중성유체 속의 높은 전위의 전극으로부터 발생하는 주로 지속적인 전류에 의한 반응으로, 유체가 전극 주위에 플라스마를 형성하도록 이온화되는 반응이다.
  • 생성된 이온은 결국 낮은 전위인 주변지역에 전하를 넘겨주거나 재결합하여 중성 기체분자를 형성한다
  • 전선 주위의 공기절연이 국부적으로 파괴되어 낮은 소리나 엷은 빛을 내면서 방전하게되는 현상을 코로나 또는 코로나 방전이라고 한다

파열극한 전위경도

1)AC

21[kV/㎝]

\[실횻값=\frac{최댓값}{\sqrt 2}=\frac{30}{\sqrt 2}=21.2[kV]\]

2)DC

21[kV/㎝]

코로나의 문제점

  • 전력손실

  • 코로나 잡음
  • 오존에 의한 전선의 부식
  • 통신선의 유도장해

코로나 방지대책

  • 코로나 임계전압을 크게 한다

  • 전선의 지름을 크게 한다
  • 복도체를 사용한다
  • 가선 금구를 개량한다
보호방식결정(~027)
배선용 차단기
누전차단기
수전설비의 저압선로 보호방식
코로나
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B026 수전설비의 저압선로 보호방식

수전설비의 저압선로 보호방식

저압 배전선의 단락 및 지락 보호

1)단락 보호

  • ACB :
  • MCCB :
  • Fuse등에 의해 보호 적용 시 보호협조에 유의

2)지락 보호

  • ELB(누전차단기)
  • ZCT와 누전 Relay와 조합하여 누전경보기 설치

3)저압회로의 보호협조

  • 전정격 차단방식 : 선택차단방식, 비선택차단방식
  • 캐스케이드 보호방식 채용

단락 보호방식

1)선택차단방식

사고전류 차단 시 동작시간에 차이를 두어 사고회로만 차단

2)캐스케이드 보호방식

사고전류 차단 시 분기차단기 차단용량 부족을 주차단기가 직렬로 차단하여 분기 차단기를 백업보호(차단전류10[kA]를 초과하는 경우 1회 적용)

3)전정격 차단방식

각 차단점에서 단락전류 이상의 정격으로 후비보호하는 방식으로 경제성이 떨어진다.

지락 보호방식

1)보호 접지방식

기계, 기구, 외함, 배선용 금속관등을 저저항으로 접지하여 지락 발생시 발생 접촉 전압을 허용값 이하로 억제하는 방식

2)과전류 차단방식

  • 접지전용선을 설치하여 지락발생 시 단락회로를 형성케 하여 배선용 차단기에 의해 전로를 자동 차단하는 방식
  • 전로의 손상 방지가 주목적
  • 수중 조명용 절연변압기, 병원 수술실 접지 등에 적용

지락차단장치 시설 방법

  • 2차 측 Y결선 시 중성점 접지하고 ELB설치
  • 2차 측 Δ결선 시 GPT와 OVGR설치(영상전압 검출방식)
  • 2차 측 Δ결선 시 접지형 콘덴서와 ELB설치(영상전류 검출방식)
  • GPT, ZCT를 이용한 OVGR과 SGR을 직렬연결하여 방향성을 갖게 하는 방식->비접지식 오동작 방식

지락 보호협조

  • 감도전류와 동작 시한요소에 의해 동작협조를 취하여 보호협조
  • 고 저압 간의 지락 보호협조는 변압기 권선으로 접지계통이 분리되기 때문에 생각하지 않아도 된다
보호방식결정(~027)
배선용 차단기
누전차단기
수전설비의 저압선로 보호방식
코로나
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B025 누전차단기

누전차단기

개요

1)정의

  • 사람이 쉽게 접촉할 우려가 있는 장소이고 사용전압이 60[]를 넘는 저압의 금속제 외함 및 전기기기에 감전사고및 전기화재를 방지하기 위하여 누전차단기를 설치하여야 한다
  • 보호기호는 배전용차단기, 누전차단기 등이 대표적이며, 과부하 또는 단락 시에는 배선용 차단기가 적당하고, 누전 또는 감전 시에는 누전차단기가 적당하다

2)목적

  • 감전보호
  • 누전화재 보호
  • 전기설비 및 전기기기의 보호
  • 기타 다른 계통으로의 사고 파급방지

누전차단기의 구조 및 원리

1)구조

  • 과전류 트립장치
    선로에 과전류가 흐를때 검출하여 트립
  • 누전트립장치
  • 개폐기구
  • 소호장치
  • TestButton

2)작동원리

  • 단상 누전경보기
  • 3상 누전경보기

분류

1)동작별 분류

2)정격간도별 분류

3)전압 및 극수에 의한 분류

단상 2선식(2극), 단상3선식(3극), 3상4선식(4극)

4)동작시간에 의한 분류

고속형(0.1초), 시연형(0.1~2초), 반한시형(0.2~1초이내)

선정시 고려사항

1)최소 동작전류

정격감도전류의 50%이상일 때 동작

2)감전보호용 누전차단기 선정

정격감도전류 30[]이하, 0.03초 이내의 고감도형 누전차단기 선정

3)저압전로이고 감전보호용 누전차단기

전류 동작형

4)인입구 장치에 시설하는 누전차단기

전류 동작형의 충격파 부동작형

뇌 임펄스에 대한 부동작 시험

1)부동작 시험 사유

  • 뇌서지나 개폐서지에 의하여 오동작하지 않는 높은 신뢰성이 요구
  • 따라서 KS C4613에서 뇌전압 성능 및 부종작 시험법이 명시

2)시험전압, 시험방법

  • 시험전압

  • 시험방법
    뇌 임펄스 부동작 시험은 정격전압을 가하고 폐로상태에서
    • 닫힘 위치로 하여 다른 극단자 사이
    • 각 충전부와 외함 사이에 표에 표시된 뇌 임펄스 전압을 정, 부 각각 1분 간격으로 3회 인가하여 동작하지 않아야 한다

누전차단기 시설장소

1)60[]를 초과하는 저압의 금속제 외함을 가지는 전기기계 기구에 전기를 공급하는 전로에 지기가 발생하였을때 전로를 자동으로 차단하는 장치를 시설하여야 한다(사람이 접촉하기 쉬운 장소)

2)누전차단기 시설대상(기술기준)

  • 특고압, 고압전로의 변압기에 결합되는 대지전압 300[]를 초과하는 저압전로
  • 주택의 옥내에 시설하는 전로의 대지전압이 150[]를 넘고 300[]이하인 경우 : 저압전로의 인입구에 설치
  • 화약고 내의 전기공작물에 전기를 공급하는 전로
    화약고 이외의 장소
  • Flooe Heating 및 Load Heating등으로 난방 또는 결빙방지를 위한 발열선 시설인 경우
  • 전기온상 등에 전기를 공급하는 경우
  • 풀용, 수중 조명등, 기타 이에 준하는 시설에 절연변압기를 통하여 정기를 공급하는 경우(절연변압기 2차 측 사용전압이 30[]를 초과하는 것)
  • 대지전압 150[]를 넘는 이동형, 가반형 전동기기를 도전성 액체로 인하여 습기가 많은 장소에 시설하는 경우
    고감도형 누전차단기 설치

누전차단기 시설방법

  • 누전차단기는 인입선 시설점에서 부하 측에 설치하는 것을 원칙으로 한다
  • 원칙적으로 해당기기에 내장 또는 배 분전반 내에 설치할 것
  • 누전차단기의 정격전류용량은 해당 전로의 부하전류 이상의 값일 것
  • 누전차단기 등의 정격감도전류는 보통 상태에서는 동작하지 않도록 설정
  • 옥외 전로에 사용하는 누전 차단기는 방수함 내에 설치
  • 조작전원이 필요한 경우는 전용회로로 하고 과전류차단기 설치(15A)
  • ZCT를 케이블의 부하 측에 시설할 경우 접지선은 관통시키지 말고, 전원 측에 설치 시에는 반드시 접지선을 ZCT에 관통시킬 것(ZCT참고)
  • 접지선은 ZCT에 관통시키지 않을 것
  • 서로 다른 2회선 이상의 배선을 일괄하여 ZCT에 관통하지 않을 것

누전차단기 선정 예

1)등가회로도

2)인체에 흐르는 전류 산출

  • 전체전류
\[I=\frac{220}{30+\frac{90\times3,000}{90+3,000}}=1.87[A]\]
  • 인체에 흐르는 전류
\[I_b=\frac{90}{90+3,000}\times1.87=54.47[mA]\]

3)누전차단기 선정

  • 표준차단기
  • 감전보호용 차단기
    고감도형으로 고속형을 선택해야 하므로 인체에 흐르는 전류 Ib=54.47[mA]이므로 선택은 30[mA]에 0.03초 이내에 동작하는 차단기 선택

보호방식결정(~027)
배선용 차단기
누전차단기
수전설비의 저압선로 보호방식
코로나
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B024 배선용 차단기

배선용 차단기

개요

  • 개폐기구, 트립장치, 소호장치, 접전, 단자 등을 절연물의 용기 내에 일체로 조립한 것이며, 통상사용 상태의 전로를 수동또는 절연물 용기 외부의 전기조작장치 등에 의하여 개폐할수 있고, 또 과후하 및 단락 등일 경우 자동적으로 전로를 차단하는 기구를 말한다
  • 배선용 차단기는 교류600[]이하 직류250이하의 저압 오내선로의 보호에 사용되는 외부가 MoldCase로 구성된기기
  • 흔히 자동차단기, AutoBreaker, 브레이커 등 다양한 용어로 불리는데, 이 제품의 정식명칭은 한글로는 배선용 차단기, 영문으로는 MCCB 이다

저압회로의 이상현상

1)과부하, 단락

2)지락

3)결상

배선용 차단기의 종류

1)열동식

2)열동 전자식

3)전자식 電磁式

전자석에 의해 동작하는 형식

4)전자식電子式

변류기(CT)를 설치하여 CT의 2차전류를 연산하여 연산결과에 의해 소전류영역에서 장시한, 대전류영역에서는 단시한, 단락전류영역에서는 순시에 동작하는 차단기이다.

특징

  • 과전류로 차단되었을 때 그 원인을 제어하면 즉시 재투입이 가능하고 반복 사용이 가능하다
  • 접점의 개폐속도가 일정하고 빠르다
  • 과전류가 1극에만 흘러도 각극이 동시에 트립하므로 결상이 생기지 않는다
  • 동작 후 복구 시 교환시간이 걸리지 않고 예비폼이 불필요하다
  • 개폐기구를 겸할 수 있다.
보호방식결정(~027)
배선용 차단기
누전차단기
수전설비의 저압선로 보호방식
코로나