[발송배전기술사] 피뢰기(LA : Lightning Arrestor)!

다음은 발송배전기술사 송전공학 문제 중 피뢰기(LA : Lightning Arrestor)에 대한 설명입니다.

피뢰기와 피보호기기의 이격거리, 피뢰기의 접지저항 산출 순으로 서술하겠습니다.

[문제] 다음 피뢰설비에 대한 물음에 답하시오. 

  1) 피뢰기의 설치장소는 가능한한 피보호기기에 근접해서 설치하는 것이 유효하다는 것을 설명하시오.

  2) 아래 그림과 같이 파동임피던스 $Z_{1} =300[ \Omega ]$, $Z_{2} =200[ \Omega ]$의 2개의 선로 접속점 P에 피뢰기를 설치하였을 때, $Z_{1}$의 선로로부터 파고 $E=400[kV]$의 전압파가 내습하였다. 선로 $Z_{2}$에서의 전압 투과파의 파고를 75[kV]로 억제하기 위한 피뢰기의 저항 값(R)을 계산하시오.

[답]

1. 피뢰기와 피보호기기의 이격거리

  1) 피뢰기는 가능한한 피보호기기에 근접해서 설치하는 것이 바람직하다.

  2) 파두준도 $S$가 속도 $v$로 피뢰기와 변압기 간을 왕복한 시간을 $t_{1}$, 입사파와 반사파가 중첩되어 $2S$가 변압기 단자에

      도달하는 시간을 $t_{2}$라 하면,

        · $t_{1} = \frac{2l}{v}$,      $V_{t} =2S( t_{1} +t_{2}) = 2S t_{1}+2S t_{2}$,      $V_{a} =St_{1}+2St_{2}$,

        · $V_{t}-V_{a} =St_{1}=S  ·  \frac{2l}{v} =2St$  (∵$t= \frac{l}{v}$)

        ∴ $V_{t} =V_{a}+2St  =V_{a}+ \frac{2Sl}{v}$

       · 투과파 전압은 변압기 단자에서 정반사하고 다시 피뢰기에서 부반사하여 변압기 단자로 되돌아오므로 $2St$

         만큼의 전압 상승이 변압기 단자에서 발생한다.

  3) 위식에서 보듯이 투과전압은 피뢰기와 피보호기기의 이격거리에 비례하여 상승함을 알 수 있으며, 이 이격거리를

      짧게하는 것이 전압상승이 적어 유리하다.

  4) [표] 피뢰기와 피보호기기의 최대 이격거리

전    압[kV]	345	154	22.9
최대 이격거리[m]	85	65	20

 

2. 피뢰기의 접지 저항값(R) 산출

  1) 지문의 내용을 그림으로 그리면

  2) 피뢰기 제한전압 $V_{a}$는

    · $V_{a} = V_{t}  =V_{i}+V_{r} =V_{i}-Z_{1}I_{r}=V_{i}-Z_{1}(I_{t}+I_{a}-I_{i})$  (∵$I_{i}+I_{r}=I_{t}+I_{a}$)

              $=V_{i}-Z_{1}( \frac{ V_{t} }{Z_{2}} +I_{a}- \frac{ V_{i} }{Z_{1}})=V_{i}-  \frac{Z_{1}}{Z_{2}} V_{t}- Z_{1}I_{a}  + V_{i}=2V_{i}- Z_{1}I_{a}-  \frac{Z_{1}}{Z_{2}} V_{t}$

    · $(1+\frac{Z_{1}}{Z_{2}})V_{t}=2V_{i}- Z_{1}I_{a}$

    ∴ $V_{t}= \frac{2Z_{2}}{Z_{2}+Z_{1}} V_{i}-\frac{Z_{1}  Z_{2}}{Z_{2}+Z_{1}} I_{a}$  ·  ·  ·  ①

  3) 식 ①에서 제의에 따라 $V_{t} =75[kV]$이므로 최대 방전전류 $I_{a}$는

    · $I_{a} = \frac{- V_{t}+  \frac{2 Z_{2} }{Z_{2}+Z_{1}} V_{i}}{ \frac{Z_{1}Z_{2}}{Z_{2}+Z_{1}} }  = \frac{-75+  \frac{2 \times 200  }{300+200}\times 400}{ \frac{300 \times 200}{300+200} }  =2.042[kA]$

  4) 접지저항($R$)은

    · $R= \frac{ V_{t} }{I_{a}} = \frac{75 }{2.042} =36.7[ \Omega ]$

 

  5)결론

    · 피뢰기의 저항으로 $36.7[ \Omega ]$을 사용하면, 전압 투과파의 파고를 75[kV]로 억제할 수 있다.

 

 

 

오늘은 발송배전기술사 송전공학 문제로 나올 법한 피뢰기(LA : Lightning Arrestor)에 대하여 알아 보았습니다.