전력공학 중성점 접지 방식 종류 목적 특징

안녕하세요, 이번 포스팅은 전력공학 중성점 접지 방식 종류 목적 특징 대해서 작성하도록 하겠습니다.

중성점 접지에는 비접지, 소호 리액터 접지, 직접접지가 있으며 해당 각 접지에 따라 사용하는 목적이 상이하기 때문에 전기 설계를 하시는 방향에 따라 해당되는 중성점 접지를 적용을 하셔야 합니다.

중성점 접지

: 먼저 중성점 접지 대해서 설명 드리도록 하겠습니다.

중성점 접지는 계통에 발생할 수 있는 여러가지 고장으로부터 해당 계통을 보호하는 방법 중 하나로써 임피던스의 종류와 크기에 따라 비접지, 직접 접지, 저항 접지, 소호 리액터 접지방식으로 나뉩니다.

이렇게 중성점 접지는 변압기 2차측의 중성점에 접지를 하는 것을 말하며 해당 중성점 접지에 달리는 Zn인 접지 임피던스에 따라 접지방식이 분류됩니다.

물론 직접접지의 경우에는 접지 임피던스가 달리지 않는 점 참조 부탁 드립니다.

중성점 접지 목적

위에서 잠깐 설명 드린 것처럼 계통을 보호하기 위해서 중성점 접지를 적용을 합니다.

이렇게 중성점 접지를 하는 목적으로는 아래와 같이 정리할 수 있습니다.

– 중성점 접지 목적

지락고장 시 건전상의 대지 전위상승을 억제하고 전선로 및 기기의 절연 레벨의 경감
뇌, 아크 지락, 기타에 의한 이상전압의 경감 및 발생을 억제
지락고장 시 접지계전기의 확실한 동작 확보
소호 리액터 접지방식에선 1선 지락시의 아크 지락을 재빨리 소멸
아크 지락을 소멸시켜 송전을 계속할 수 있도록 함

중성점 접지 목적에 대해서는 전기기사나 전기공사기사 시험에도 나오니 숙지하고 계시면 도움이 되실 겁니다.

▶ 2023년 전기기사 필기 실기 시험일정 출제 기준

비접지 방식

: 그럼 중성점 접지 종류별 특징에 대해서 설명드리도록 하겠습니다.

먼저 비접지 방식 대해서 설명 드리도록 하겠습니다.

비접지라는 것은 중성점에 접지를 하지 않는다는 의미입니다.

다른 말로 얘기하면 접지 임피던스 Zn이 무한대인 방식입니다.

일반적으로 33 [kV] 이하의 계통에 적용되며 중성점 접지를 하지 않아도 되기 때문에 변압기 결선을 △-△ 으로 적용이 가능합니다.

– 비접지 방식 특징

선로의 길이가 짧을 경우에 적용
일반적으로 33 [kV] 이하의 저전압 계통에 적용
변압기 결선을 △-△로 할 수 있음
변압기 결선을 △-△ 사용으로 인해 변압기 1대가 고장 나더라도 V-V결선으로 운전 가능
1선 지락사고 시 지락 전류가 아주 적음
1선 지락사고 시 지락 전류 검출이 힘들어 보호 계전기의 동작이 어려움
1선 지락사고 시 충전전류에 의한 간헐 아크 지락을 발생
이상 전압을 루트3배 발생시킬 수 있는 위험이 있음

추가적으로 중성점의 잔류 전압 대해서 설명드리도록 하겠습니다.

잔류 전압은 보통의 운전 상태에서 중성점을 접지하지 않았을 때 중성점에 나타나는 전위를 말합니다.

이 잔류 전압의 발생의 주된 원인은 송전선의 연가가 불충분해 각 상의 대지 정전 용량의 불평형 할 경우에 발생한다고 합니다.

즉 반대로 얘기하면 잔류 전압을 최소화 하기 위해서는 송전선의 연가를 제대로 적용을 해야 합니다.

(연가를 제대로 적용할 경우에 Ca=Cb=Cc가 구현이 되어 잔류전압을 ‘0’ 설정할 수 있음)

직접 접지 방식

: 다음은 직접 접지방식에 대해서 설명드리도록 하겠습니다.

직접 접지방식은 중성점을 바로 대지와 연결을 하는 방식이라고 이해하시면 됩니다.

대지에 바로 연결을 하기 때문에 직접접지의 지락점의 임피던스를 0으로 설정을 하는 효과를 줄 수 있습니다.

이렇게 지락점의 임피던스를 0으로 설정하기 때문에 지락전류가 최대가 되며 보호계전기의 동작을 좀 더 확실하게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있습니다.

그리고 직접 접지방식 중엔 유효 접지 방식이 있는데, 지락 사고 시 건전상의 전위 상승이 상규 대지 전압의 1.3배 이하가 되도록 하는 접지 방식을 말합니다.

유효 접지 방식을 적용하게 되면 전위상승을 최소로 할 수 있습니다.

– 직접 접지 방식 특징 (R0은 저항, X1은 정상 리액턴스, X2는 영상 리액턴스)

22.9, 154, 345, 765 [kV] 계통에 적용 가능
1선 지락 시 건전상의 대지전압 상승이 거의 없음
선로 및 기기의 절연례벨을 낮추는 효과를 줄 수 있음
보호 계전기의 동작이 확실해짐
지락 전류가 저역률의 대전류기 때문에 과도 안정도가 나빠짐
지락 고장 시 통신선에 전자유도 장해를 크게 발생함
지락 전류가 매우 크기 때문에 기기에 큰 기계적 충격을 주기 쉬움

소호 리액터 접지방식

: 다음은 소호 리액터 접지방식입니다.

중성점 접지 부분에 리액터를 연결하여 지락전류를 줄이는 방식입니다.

접속된 리액터와 대지 정전 용량의 병렬공진에 의해 지락전류를 소멸시켜 안정도를 최대로 하기 위한 접지를 말합니다.

지락전류를 작게 하는 중성점 접지방식이기 때문에 보호 계전기의 동작을 확실히 구현하기가 어려운 부분도 있습니다.

소호 리액터를 적용하기 전에 대지 정전 용량과 병렬 공진 조건 그리고 병압기 임피던스를 이용하여 소호 리액터의 크기를 선정 후 적용을 하셔야 합니다.

참고로 변압기 임피던스를 고려하는 엔지니어도 있고 안 하는 엔지니어도 있기 때문에 이 부분은 설계 단계에서 한 번 확인을 하셔야 합니다.

추가적으로 소호리액터 접지를 적용하게 되면 합조도 또한 고려를 해주셔야 합니다.

합조도에 대해서 설명드리자면 L과 C가 공진을 이루고 있을 때 이 공진점에서 얼마나 떨어져 있는지를 나타내는 것을 나타내며 소호 리액터 접지방식에서는 계통이 진상으로 운전하는 것을 방지하기 위해 일반적으로 10% 정도 과보상 적용하게 됩니다.

이렇게 소호 리액터에 흐르는 전류와 대지 충전 전류의 크기를 비교해 보상의 정도를 설계에 적용을 하게 됩니다.

(I는 소호리액터 사용 탭 전류, Ic는 대지 충전 전류)

중성점 접지 방식 종류별 비교 분석

: 중성점 접지 방식 종류별 가지고 있는 특징들을 아래와 같이 정리하여 비교를 해보았습니다.

중성점 접지 방식	다중 고장 발생 확률	보호계전기 동작 기능	지락 전류	고장 중 운전 여부	전위 상승	과도 안정도	유도장해
직접접지	최소	확실하게 동작	최대	불가능	1.3	최소	최대
저항접지	보통	▲	▲	불가능	√3	▼	▲
비접지	최대	동작 불가능	▲	가능	√3	▼	▲
소호리액터접지	보통	불확실하게 동작	최소	가능	√3 이상	최대	최소