[발송배전기술사] 중성점 접지방식!

다음은 발송배전기술사 송전공학 문제 중 중성점 접지방식에 대한 설명입니다.

개요, 유효 접지방식, 비유효 접지방식, 직접 접지방식, 저항 접지방식, 소호리액터 접지방식, 중성점 접지방식별 비교 순으로 서술하겠습니다.

[문제] 중성점 접지방식에 대하여 설명하시오.(제71회 1교시, 제71회 2교시, 제75회 1교시, 제81회 4교시, 제83회 1교시, 제89회 1교시, 제95회 2교시, 제96회 2교시, 제96회 4교시, 제101회 2교시, 제114회 1교시)

[답]

1. 중성점 접지방식의 개요

  1) 중성점 접지 설계시 고려사항

     (1) 피뢰기 동작

     (2) 차단기 용량 선정

     (3) 보호계전기 동작

     (4) 계통의 안정도 - 비접지시 과도안정도 증대

     (5) 기기의 절연설계

     (6) 통신선의 유도장해

  2) 중성점 접지방식의 종류

     (1) 비 접지방식     : $Z_{n}= \infty$

     (2) 직접 접지방식 : $Z_{n}= 0$

     (3) 저항 접지방식 : $Z_{n}= R$(저저항 접지 30[Ω]정도, 고저항 접지 100~1,000[Ω]정도)

     (4) 소호리액터 접지방식 : $Z_{n}= j X_{L} $

  3) 중성점 접지목적

     (1) 전선로 및 기기의 절연레벨 경감

        · 1선 지락고장시 건전상의 대지전위상승 억제

          ① 직접접지의 경우($Z_{1}≒Z_{2}$,  $Z_{0}=0$ 이므로)

                  $ |  \frac{ \dot{ V_{b} } }{ \dot{E_{a}}} |   = |  \frac{( a^{2}-1)  \dot{ Z_{0} }+( a^{2}-a)  \dot{ Z_{2} } }{ \dot{ Z_{0} }+\dot{ Z_{1} }+\dot{ Z_{2} }} |  = |  \frac{( a^{2}-a)  \dot{ Z_{1} } }{ 2\dot{ Z_{1} }} | = |  \frac{( a^{2}-a)  }{ 2} | = |  \frac{1}{2}[(-  \frac{1}{2}-j \frac{ \sqrt{3} }{2})-(-  \frac{1}{2}+j \frac{ \sqrt{3} }{2})] | $

                             $= |  - \frac{ \sqrt{3}j }{2} | =0.866$

              ∴ 대지전위상승 억제

          ② 비접지의 경우($Z_{0} \gg  Z_{1},  \,\,Z_{2}$ 이므로) 

                  $  |  \frac{ \dot{ V_{b} } }{ \dot{E_{a}}} |   = |  \frac{( a^{2}-1)  \dot{ Z_{0} }}{ \dot{ Z_{0} }} |  = | ( a^{2}-1)    | = | -  \frac{1}{2}-j \frac{ \sqrt{3} }{2}-1 | = \sqrt{3} =1.732$

     (2) 이상전압 경감

        · 뇌, Arc 지락에 의한 이상전압의 경감 및 발생방지

          ① 직접접지(종단접지)의 경우($Z_{2}=0$ 이므로)

             · 투과파 전압 $e_{t} = \frac{2 Z_{2} }{Z_{2}+Z_{1}} e_{i} =0$

          ② 비접지(종단개방)의 경우($Z_{2}= \infty$ 이므로)

             · 투과파 전압 $e_{t} = \frac{2 Z_{2} }{Z_{2}+Z_{1}} e_{i} =2e_{i} $

     (3) 지락 고장시 지락계전기의 동작확실

          ① 직접접지의 경우($Z_{1}≒Z_{2}$,  $Z_{0}=0$ 이므로)

             · $\dot I_{g} = 3 \dot{ I_{0} }= \frac{3 \dot E_{a} }{\dot Z_{0} + \dot Z_{1}+\dot Z_{2}} =\frac{3 \dot E_{a} }{ 2\dot Z_{1}}=1.5\dot{ I_{3s} }\uparrow$

              ∴ $\dot I_{g}$가 커서 지락계전기 동작확실(유도장해는 커짐)

          ② 비접지의 경우($Z_{0} \gg  Z_{1},  \,\,Z_{2}$ 이므로) 

             · $\dot I_{g} = 3 \dot{ I_{0} }= \frac{3 \dot E_{a} }{\dot Z_{0} + \dot Z_{1}+\dot Z_{2}} =\frac{3 \dot E_{a} }{ \dot Z_{0}}=\dot{ I_{g} } \downarrow $

              ∴ $\dot I_{g}$가 작아 지락계전기 적용곤란( $\dot I_{g}$ 소멸후 계속 송전가능)

     (4) 결론

        · 중성점 접지시의 장점과 비접지시의 장점이 서로 상반되므로 임피던스(저항, 리액턴스) 값을 계통에 맞게 선택

          필요.

 

2. 유효 접지방식

  1) 유효접지조건

     (1) 1선 지락 고장시 건전상의 대지전위 상승을 1.38배 이하로 억제

         $  | \frac{ \dot{ V_{b} } }{ \dot{E_{a}}}  | =   | \frac{( a^{2}-1)  \dot{ Z_{0} }+( a^{2}-a)  \dot{ Z_{2} } }{ \dot{ Z_{0} }+\dot{ Z_{1} }+\dot{ Z_{2} }}  |   =  |   \frac{( a^{2}-1)   (R_{0}+jX_{0})+( a^{2}-a) \, \,jX_{1} }{(R_{0}+jX_{0})+j2X_{1}}  | =  |   \frac{( a^{2}-1)   (\frac{R_{0} }{jX_{1}} + \frac{X_{0}}{X_{1}} )+( a^{2}-a) }{\frac{R_{0} }{jX_{1}} + \frac{X_{0}}{X_{1}} +2}| \leq 1.38$

              ∴ $\frac{R_{0} }{jX_{1}} \leq 1$,      $\frac{X_{0}}{X_{1}} \leq 3$ 일 떄

     (2) 계통용량(연결 발전기용량)의 $ \frac{1}{3} $이상의 변압기용량을 직접접지하면 유효접지로 본다.

        · 나머지 변압기는 피뢰기 접지(중성점 잔류전압 방지)

     (3) 1선 지락전류가 3상 단락전류값의 60[%] 정도일 것

        · $\dot{ Z_{0} }= R_{0}+jX_{0}$,   $\dot{ Z_{1} }=  \dot{ Z_{2} }≒jX_{1}$,   $ \frac{R_{0} }{X_{1}}  \leq 1$,   $ \frac{X_{0} }{X_{1}}  \leq 3$ 일때

          ① 1선 지락전류 : $\dot I_{1g} = 3 \dot{ I_{0} }= \frac{3 \dot E_{a} }{\dot Z_{0} + \dot Z_{1}+\dot Z_{2}} =\frac{3 \dot E_{a} }{R_{0}+jX_{0}+j2X_{1}}$

          ② 3상 단락전류 : $\dot I_{3s} = \frac{ \dot E_{a} }{jX_{1}}$

          ③ 비교 : $\frac{\dot I_{3s}}{\dot I_{1g}}= \frac{\frac{ \dot E_{a} }{jX_{1}}}{\frac{3 \dot E_{a} }{R_{0}+jX_{0}+j2X_{1}}} = \frac{1}{3} (\frac{ R_{0} }{jX_{1}}+ \frac{X_{0}}{X_{1}} +2)$   여기에  $\frac{R_{0} }{X_{1}}  = 1$,  $\frac{X_{0} }{X_{1}}  = 3$을 대입하면

                              $ \frac{\dot I_{3s}}{\dot I_{1g}}=  \frac{1}{3} (\frac{1 }{j}+ 3 +2)=\frac{1}{3} (5-j) ≒\frac{5}{3}$

          ④ $ \frac{\dot I_{1g}}{\dot I_{3s}}≒\frac{3}{5} =0.6$

  2) 접지계수

    · $\alpha = \frac{1선\,\,  지락\, \, 고장중의\, \,  건전상의\,\,   최대전압}{고장전\,\,   최대\, \,  선간전압}$

     (1) 유효접지시 건전상 전위상승을 1.3배 이하로 억제

        · $\alpha = \frac{1.3 \,E_{a} }{ \sqrt{3}\, E_{a}}  =0.75$        · 유효접지 : $\alpha =$ 0.65 ~ 0.8        · 비유효접지 : $\alpha =1.5$ 

     (2) 「접지계수 80[%] 이하」란 건전상 전위상승을 1.38배 이하로 억제

     (3) 유효접지계수

        · 가공선로 $\alpha =$75[%],          · 변압기 $\alpha =$80[%]

  3) 유효접지의 장점

     (1) 낮은 이상전압 : 피뢰기의 정격전압을 낮게 선정

     (2) 낮은 절연레벨 : 변압기 저감절연, 단절연 가능

     (3) 보호계전기 동작확실(∵ 지락전류 대)

  4) 유효접지의 단점 및 방지대책

     (1) 유도장해 발생 : 고속도 차단, 차폐선 설치

        · $\dot{  E_{m} }=-j \omega Ml(3 \dot{I_{0}}) $

     (2) 과도안정도 저하 : 고속도 재폐로방식 채용(지락전류는 저역률, 대전류)

     (3) 기기의 충격이 크다.

    ※ 고장의 70 ~ 80[%]가 1선 지락 고장이다.

 

3. 비유효 접지방식

  1) 개요

     (1) 비유효 접지 : 접지계수가 80[%]를 초과하는 접지, 고저항 접지, 소호리액터 접지, 비접지

     (2) 비접지 : 중성점을 접지하지 않는 방식

  2) 비유효 접지방식의 장점

     (1) 1선 지락 고장시 지락전류가 작아서 그대로 송전가능

     (2) △ - △ 결선시에는 고장(점검)시 V결선으로 송전

  3) 비유효 접지방식의 단점

     (1) 고전압 장거리 선로에 적용곤란

        · 1선 지락 고장시 간혈적 Arc지락에 의한 이상전압 발생

     (2) 절연레벨이 높아져 기기 및 선로의 절연비용이 커진다.

     (3) 1선 지락 고장시 지락전류가 작아 지락계전기 적용곤란

  4) 비유효 접지방식의 적용

     (1) 단거리, 소내전원, 전압이 낮은 계통(3.3[kV] 이하)

     (2) 정전을 피해야 하는 장소

 

4. 직접 접지방식

  1) 정의

    · 중성점을 직접 접지하는 방식

  2) 직접 접지방식의 장점

     (1) 1선 지락시 건전상의 대지전위 상승이 낮다.

         · 선로 애자갯수, 기기의 절연레벨 저감

     (2) 피뢰기의 책무 경감(개폐동요가 작다.)

         · 낮은 정격의 피뢰기 사용

     (3) 변압기의 저감절연, 단절연 가능

     (4) 보호계전기의 동작 확실

  3) 직접 접지방식의 단점

     (1) 지락전류가 커서 계통의 직렬기기 손상 우려

     (2) 지락전류가 저역률, 대전류이므로 과도안정도가 나쁘다.

     (3) 통신선 유도장해가 크다.

     (4) 대전류 차단기회가 많다.

     (5) 순시전압강하가 10 ~ 20 [ms] 지속시 P.C.의 메모리 손상 우려가 있음

 

5. 저항 접지방식

  1) 정의

    · 중성점을 저항으로 접지하는 방식

    · 저저항 접지 : 30[Ω] 정도         · 고저항 접지 : 100 ~ 1,000[Ω] 정도

  2) 저항값에 의한 특성비교

    · $직접접지( R=0)  < 저항접지방식(R) < 비접지(R= \infty )$

    · R이 작아지면 직접접지 특성을 갖고, R이 커지면 비접지 특성을 갖는다.

  3) 저항 접지방식의 장점

     (1) 1선 지락시 지락전류가 최소이며, 전자유도장해가 적다.

     (2) 1선 지락시에도 송전가능, 과도안정도 최대

  4) 저항 접지방식의 단점

     (1) 설치비가 많이 든다.

     (2) 지락계전기 동작이 곤란하다.

     (3) 잔류전압, 직렬공진

     (4) 단선시 지속성 이상전압

     (5) 고장시 병가계통에서 유도전압

 

6. 소호리액터 접지방식

   · 정의 :  중성점을 선로의 정전용량과 공진하는 리액터로 접지

   · 공진조건 : $\omega L= \frac{1}{3 \omega C} $

 

7. 중성점 접지방식별 비교

항    목	직 접 접 지	고 저 항 접 지	비 접 지	소호리액터 접지
1선 지락시 건전상 전위상승	작다(1.3배)	크다(2.75배)	크다(3배)	약간 크다(2.45배)
절연레벨 경감	가능	불가능	불가능	불가능
과도 안정도	최소	크다	크다	크다
지락전류	최대	중간	작다	최소
지락보호계전기 동작	가장 확실	확실	곤란	불가능
통신선 유도장해	최대	중간	작다	최소
지락사고의 제거	용이	비교적 용이	곤란	자연소호

 

 

 

오늘은 발송배전기술사 송전공학 문제로 나올 법한 중성점 접지방식에 대하여 알아 보았습니다.