계통의 접지 방식 비교

계통의 접지 방식 비교

 

 

계통의 접지방식은 직접접지(다중접지), 저항접지 및 비접지(GPT접지)방식으로 나누어지는데 각 방식에 따라 지락전류의 크기 및 계산방식이 상이하므로 지락전류 계산은 각 방식별로 구분 하는게 좋다.

 

우리나라에서 적용되는 접지방식은 다음과 같다.

ⅰ) 직접접지

◦ 765kV, 345kV, 154kV 송전선로(유효접지)

◦ 22.9kV 배전선로(다중접지)

◦ 저압 계통

 

ⅱ) 저항접지

◦ 공장 구내 배전 설비

◦ 발전기 중성점

 

ⅲ) 비접지

◦ 서울시내 일부 22kV 배전선로

◦ 공장(빌딩)구내(22kV, 11kV, 6.6kV, 3.3kV)

 

1. 직접접지(Solid Grounding)

이 방식은 변압기의 중성점을 대지에 직접접지하기 때문에 1선 지락 사고시의 건전상 전압상승이 가장 적어 전력기기의 절연을 현저히 줄일 수 있으며 지락전류 검출이 용이하여 지락사고시 보호계전기가 신속하게 동작을 한다. 한편 지락전류가 크기 때문에 지락사고시 설비사고를 일으키는 경우가 많으며 통신선에의 유도전압이 높아 장해를 일으킬 수가 있다. 이 때문에 계통은 충분한 절연설계를 하여 심하게 발생시키지 않게 함과 동시에 만일의 사고가 발생하면 선로에 유입되는 지락 사고 전류의 지속시간을 최소화 하기 위해 확실한 고속도 선택차단이 가능한 기능의 보호계전기 및 차단기를 설치하는 등의 대책이 필요하다.      

 

2. 비접지(Ungrounded System)

계통을 접지하지 않고 비접지 상태로 운전하는 방식으로 지락사고시 지락전류는 충전전류와 GPT를 통한 유효전류이며, 수 [A]정도에 지나지 않는다. 반면 1선 지락시 건전상의 전위는 √3배까지 상승한다.

만약 이 지락사고 전류가 간헐적으로 생기거나 계속 흐르도록 방치하면 심각한 과도 이상 전압이 대지간에 생길 수 있으며 그 크기가 상전압의 6배 내지 8배에 이른다. 이것이 절연을 파괴시키고 동시다발의 전동기 소손사고를 일으키는 원인이 된다.

이 과도 이상전압은 계통 Capacitance의 반복 충전 때문이거나 계통 Capacitance와 기기의 Inductance간의 공진에 의하여 발생된다.

1선 지락 사고가 난 상태로 방치하여 두면 두 번째 지락사고시 Phase-to-Ground-to-Phase Fault가 되어 대전류가 흐르면서 상 과전류 계전기에 의하여 Trip된다.

3.3kV 계통은 비접지 방식을 적용하고 있으며, GPT와 ZCT를 조합하여 SGR(선택 지락계전기)로 지락보호를 하고 있다. 이 방식은 지락사고시 수[A]정도의 적은 전류가 흐르므로 계통에 미치는 영향이 적으며 중요한 부하는 지락 사고시 Trip 시키지 않고도 운영할 수 있다.

그러나 이 방식은 결선 및 극성이 맞지 않으면 오동작하거나 부동작하게 되며 GPT, 한류저항 등의 용량이 작아 소손되는 사례가 있으므로 이에 대한 충분한 검토가 필요하다.

 

3. 저항접지(Resistance Grounding)

이 방식은 1선 지락전류를 억제하기 위하여 계통의 중성점에 저항기를 접속하여 접지하는 방식으로 저항기의 크기를 조정하여 지락사고시 계통에 흐르는 지락전류의 크기를 조정할 수 있다. 일반적으로 지락전류가 100A 정도까지 흐르도록 조정하는 계통을 고저항 접지 방식이라 하고 그 이상의 지락전류가 흐르는 계통을 저저항접지 방식이라 한다.

    

표 1. 접지방식 비교

 

구 분	직접(다중)접지	비접지	저항접지
결선도
중성점 저항	Z ≒ 0	Z ≒ ∞	Z = R
지락전류	수백～수천 A	수A이하	임의조정(5～200A정도)
1선 지락시 건전상 전위상승	1.3E	√3E	1.3E～√3E
유도장해	대	소	중
전원공급(Service)	Trip at the first fault	No trip at the first fault	Trip at the first fault
장점	∙보통의 절연강도 ∙단순한 보호방식 (OCGR) ∙과도전압 감소	∙중단없는 전원공급 ∙적은 고장전류	∙적은 고장전류 ∙중간 수준의 절연강도 ∙과도 전압의 감소
단점	∙전원공급 중단 ∙큰 고장전류 ∙높은 접촉전압 ∙유도장애	∙과도 과전압 상승 ∙높은 절연강도 요구 ∙지락보호 난이 (GPT, ZCT, SGR)	∙전원공급 중단 ∙열적 스트레스 발생 ∙지락보호 난이 -CT비 300/5A 이하인 경우: (GPT, CT 잔류회로, DGR) -CT비 300/5A 초과인 경우: (GPT, CT 3차영상분로접속, DGR)

 

    

 

표 2. 산업플랜트에서 사용가능한 접지방식의 종류 및 특징(저압)

 

접지방식		저압계통(600 Volts 이하)
고저항 접지 (광업 등 연속공정에 사용)	Ig = 1～5A	1. 지락사고 전류 - 일반적으로 1～5Amps 2. 사고에 의한 피해 - 없음. 첫 지락에 한하여 3. 전력 공급의 신뢰성 - Trip 없음. 모든 기기 정상운전 4. 과도 이상 전압 - 효과적으로 제한 5. Arc 지락 사고 - 없음 6. 사고지점 색출 - Pulse 장치가 있으면 쉬움 노련한 전공에 의하여 사고지점을 빨리 찾는 것이 요구됨
직접접지 (일반적으로 사용)		1. 지락사고 전류 - 대단히 큼. 단지 변압기나 전선 굵기, 과전류 보호장치에 의해 제한될 뿐임 2. 사고에 의한 피해 - 일반적으로 매우 크다 3. 전력 공급의 신뢰성 - 일반적으로 없음. 차단기 Trip 4. 과도 이상 전압 - 가장 효과적으로 제한 5. Arc 지락 사고 - 가공할 피해로 연결 가능성 가장 많음. 통상 보호계전기에 의한 보호필요 6. 사고지점 색출 - 스스로 해당회로 차단
비접지 (종전 사용 방식)		1. 지락사고 전류 - 없음. 첫지락에 한하여 2. 사고에 의한 피해 - 없음. 첫지락에 한하여 3. 전력 공급의 신뢰성 - Trip 없음 모든기기 정상 운전 - 첫지락에 한하여 4. 과도 이상 전압 - Arc 지락 사고시 정상전압의 600%의 이상전압 유지 5. Arc 지락사고 - 4번 참조. 불꽃 소손피해는 없음. 6. 사고지점 색출 - 매우 어렵다. 노련한 전공이 빨리 찾아내어야 하는데, 왜냐하면 2번째 지락사고시에는 선간 단락이 되기 때문이다.
저저항 접지 (이동식 장비 이외에는 드물게 사용)	Ig = 15～150A	1. 지락사고 전류 - 일반적으로 15～150Amps. 2. 사고에 의한 피해 - 사고시 Trip이 되지 않거나 즉시 찾아내지 못하면 피해가 커질 수 있음. 3. 전력 공급의 신뢰성 - 소규모 회로는 Trip 시키고, 그 이외에는 경보나 보호계전기 Trip 4. 과도 이상 전압 - 효과적으로 제한 5. Arc 지락사고 - 대규모 피해의 원인이 될 수 있음. 6. 사고지점 색출 - 선택 접지계전기로 감지. 사고지점 색출은 매우 어려움.