Lecture 피뢰기

피뢰기의 기능

이상전압이 피뢰기 단자로 인가되어 피뢰기의 단자 전압이 일정한 값 이상으로 올라가면 피뢰기가 이상 전압을 방전시켜 전압 상승을 억제하는 역할을 합니다. 피뢰기의 단자 전압이 일정한 값 이하로 떨어지게 되면 방전을 중지하여 송전 선로가 원래 상태로 계속 운전될 수 있도록 하는 역할을 합니다.

피뢰기의 보호 대상

피뢰기는 주로 변압기를 보호하기 위하여 설치합니다. 피뢰기의 제한 전압과 접지 저항의 전압 강하의 합이 변압기의 절연 강도보다 낮아야 합니다.

피뢰기의 구성 요소

피뢰기는 직렬갭과 특성요소로 구성되어 있습니다. 각 부분의 역할은 다음과 같습니다.

• 직렬갭은 뇌전류를 방전하고 속류를 차단하는 역할을 한다.
• 특성요소는 뇌전류 방전시 피뢰기 자신의 전위 상승을 억제하여 자신의 절연 파괴를 방지한다.

피뢰기의 구비 조건

일반적으로 피뢰기가 갖추어야 할 조건은 다음과 같습니다.

• 상용 주파 방전 개시 전압이 높을 것
• 충격 방전 개시 전압이 낮을 것
• 방전 내량이 크면서 제한 전압이 낮을 것
• 속류 차단 능력이 클 것

피뢰기의 용어 정의

충격 방전 개시 전압

충격전압이 가해져서 방전 전류가 흐르기 시작할 때의 최고 전압을 충격 방전 개시 전압이라고 합니다.

상용 주파 방전 개시 전압

상용 주파수의 전압으로 인하여 방전 전류가 흐르기 시작할 때의 전압을 실효값으로 나타낸 것을 상용 주파 방전 개시 전압이라고 합니다. 통상 피뢰기 정격 전압의 1.5 배 이상이 되도록 선정합니다.

제한 전압

충격파 전압으로 인한 방전 전류가 피뢰기를 통해서 흐르고 있을 때의 피뢰기의 단자 전압을 의미합니다.

속류

방전 전류에 이어 전원으로부터 직렬 갭을 통하여 대지로 흐르는 상용주파수의 전류를 의미합니다.

피뢰기의 정격 전압

속류의 차단이 되는 최고의 교류 전압을 실효치로 나타낸 것을 피뢰기의 정격 전압이라고 합니다. 이것은 피뢰기의 양단에 인가할 수 있는 상용주파수의 최대 전압의 실효값을 의미합니다.

피뢰기의 정격 전압은 다음과 같이 표현됩니다.

$$E_R = \alpha\,\beta\,\frac{V_m}{\sqrt 3}$$

위 식에서 각 기호의 의미는 다음과 같습니다.

• $E_R$ : 피뢰기의 정격 전압
• $\alpha$ : 접지 계수 (유효접지 계통 : $1.1 \sim 1.3$)
• $\beta$ : 여유도 (1.15)
• $V_m$ : 선간의 최고 허용 전압

직접 접지 방식

$$E_R = 0.8 \sim 1.0 V$$

저항 혹은 소호리액터 접지 방식

$$E_R = 1.4 \sim 1.6 V$$

위 식에서 $V$는 선로의 공칭 전압입니다.

피뢰기의 정격 전압 (표)

충격비와 여유도

충격비

$$\small \mathsf{ 충격비 = \frac{충격\; 방전\;개시\; 전압}{상용 \;주파\;방전\; 개시 \;전압의\;파고값} }$$

여유도

$$\small \mathsf{ 여유도 = \frac{기기의 \; 절연 강도 - 피뢰기의 \; 제한 전압}{피뢰기의 \; 제한 전압} }$$