개념 한 쪽
비접지 계통에서 1선 지락이 나면 중성점 전위가 이동해 건전상의 대지전압이 상전압의 √3배, 즉 선간전압까지 상승한다(선간 22.9[kV] 계통 → 22.9[kV]). 유효접지는 1선 지락 시 건전상 전위를 상용전압의 1.3배 이하로 억제한 방식이라 기기 절연내력을 낮게 설계할 수 있고, 직접접지는 이상전압이 가장 낮은 대신 지락전류가 커진다.
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출제기준 단원 「계통접지의 방식」의 공개 문제 6개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 비접지 1선 지락 계산 | 2 | 건전상 √3배·선간전압 산출 |
| 유효접지 정의·장점 판별 | 2 | 1.3배 이하·절연내력 낮게 설계 판별 |
| 직접접지 특성 판별 | 2 | 이상전압 최저·지락전류 큼 판별 |
비접지 계통의 1선 지락이 첫 계산 축이다. 정상 시 상전압은 선간전압을 √3로 나눈 값이라 선간 22,900[V] 계통은 13.23[kV]다. 한 상이 지락되어 고장점 전위가 대지와 같아지면 중성점 전위가 고장상 상전압만큼 이동하고, 건전상의 대지전압은 상전압과 이동 전위의 벡터 합으로 13.23∠−120°−13.23∠0° = 22.9[kV], 즉 상전압의 √3배(선간전압과 같음)까지 상승한다. 테브난 등가회로로 풀어도 같은 값이 나온다.
접지 방식별 정의·장점이 둘째 축이다. 유효접지는 1선 지락 사고 시 건전상의 전위가 상용전압의 1.3배 이하가 되도록 중성점 임피던스를 억제한 접지 방식이다(직접접지·저항접지가 이에 해당). 그 결과 건전상 대지전압 상승이 작아 기기의 절연내력을 비접지 계통보다 낮게 설계할 수 있어 경제적이고, 지락전류가 커 보호계전기 동작도 쉽다.
직접접지의 특성이 마지막 축이다. 직접접지는 단선(1선 지락) 고장 시 이상전압이 가장 낮고, 건전상 전압이 거의 상승하지 않으며, 변압기 단절연이 가능하고 개폐 서지를 저감해 피뢰기의 책임을 덜어 준다. 대신 1선 지락전류가 크게 흘러 차단기가 처리할 전류가 많으므로 「지락전류가 적다」는 옳지 않은 서술이다.
학습목표: 비접지계통의 1선 지락 시 건전상 대지전위 상승과 유효접지 계통의 절연 저감 원리를 설명할 수 있다.
저감절연이란 비접지계통의 1선 지락 고장 시, 건전상의 대지전위가 선간전압까지 상 승할 수 있으나, 중성점 직접접지 또는 유효접지계통에서는 비접지계통에 비하여 상당 히 낮으므로 변압기의 절연을 낮추는 방법을 말한다.
NCS 학습모듈 1901030105 변전설비설계 1-1. 변전소 절연설계
① 비접지 지락: 상전압 = 선간/√3(→ 13.23kV), 건전상 = √3배 → 선간전압(→ 22.9kV). ② 유효접지: 건전상 1.3배 이하·절연내력 낮게 설계·계전기 동작 용이. ③ 직접접지: 이상전압 최저·단절연 가능·서지 저감 / 지락전류 큼.
비접지 방식 3상 교류 계통(선간 전압 22,900[V])의 a상에서 1선 지락 고장이 발생하여 고장점의 전위가 대지와 동일해졌다. 1선 지락 고장 해석을 위해 테브난 등가회로를 적용하여 고장 발생 후 건강한 상(b상 또는 c상)의 대지 전압(정상상 이상전압)을 계산한 값은 몇 [kV]인가? (단, 각 상의 대지 정전용량은 균형을 이루며 무시할 수 없다고 가정한다.)
정답 ③ · 정상 시 선간전압이 22.9[kV]이므로 상전압의 크기는 22.9/√3 = 13.23[kV]이다. 비접지 계통에서 1선 지락 시 테브난 등가회로를 적용하면, 고장점 전위가 0V가 됨에 따라 계통의 중성점 전위가 고장 상의 상전압 크기만큼 이동하여 -13.23∠0°[kV]가 된다.
비접지 1선 지락 시 건전상 대지전압 = 상전압×√3 = 선간전압이므로 22.9kV이다.
전기설비기술기준 및 판단기준에 따른 유효접지 방식을 적용한 계통에서 얻을 수 있는 장점으로 옳은 것은?
정답 ① · 유효접지계통은 중성점을 직접접지하거나 저임피던스를 통해 접지하는 방식으로, 1선 지락 사고 발생 시 건전상의 대지전압 상승이 작아 비접지계통에 비해 기기의 절연내력을 낮게 설계할 수 있는 경제적인 장점이 있습니다. 또한 사고 시 큰 지락전류가 흐르므로 계전기 동작이 용이하며, 중성점은 계전용 변류기(CT) 등을 통해 접지합니다.
유효접지는 지락 시 건전상 전압상승이 작아 기기 절연내력을 비접지보다 낮게 설계할 수 있다.
중성점 직접 접지방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 문제는 중성점 직접접지(무접지 아닌 직접 접지)의 특성 중 옳지 않은 것을 찾으라고 묻는다. 직접접지는 지락 시 건전상 전압 상승이 거의 없어 설비 보호에 유리하고(보기1 참), 단절연 사용이나 서지 저감으로 피뢰기 부담 완화도 가능한 점이 있다(보기2·3 참).
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