피뢰기

피뢰기

 

피뢰기는 전차선로와 대지간에 설치하여 뇌와 개폐조작에 의해 전차선로에 이상전압(낙뢰 또는 개폐 시 발생하는 전압)이 가해진 경우에 신속하게 절연강도가 약한 곳을 파괴함으로서 뇌 등이 대지로 방전하여 이상전압이 전차선로의 절연물에 피해를 주지 않을 정도로 경감시켜 전차선로를 보호하는 것과 동시에 방전후에도 가선전압에 의해 계속하여 대지로 흐르는 전류를 차단하여 전차선로의 안전을 도모할 수 있도록 뇌 또는 이상전압의 통로를 특별히 만들어 주는 보호장치이다.

피뢰기는 방전전류가 클수록 이상 전압의 파고치를 경감함으로 방전용량이 크고 더욱이 속류 차단능력이 우수한 것이 필요하다. 피뢰기는 일반적으로 직렬갭과 특성요소로 구성되어 있다.

 

 

1. 구비조건

 

1) 이상전압의 침입에 대하여 신속하게 방전특성을 가질 것

2) 방전 후 이상전류 통전 시의 단자전압을 일정전압 이하로 억제할 것

3) 이상전압 처리 후 속류를 차단하여 자동회복하는 능력을 가질 것

4) 반복동작에 대하여 특성이 변화하지 않을 것

 

 

2. 피뢰기의 종류

 

1) 갭저항형(Gap Resistance Type)

2) 밸브형(Valve Type)

3) 밸브저항형(Valve Resistance Type)

4) 갭레스형(Gapless Type)

 

 

3. 피뢰기의 구성

 

기존 피뢰기는 모두 직렬갭과 특성요소 등으로 구성되는 밸브저항형이 대부분이다. 그러나 특성요소를 기존의 Sic특성요소에서 금속산화물 특성요소로 바꾸어 사용함으로써 그림과 같이 뛰어난 비직선 저항곡선으로 직렬갭이 선로와 절연을(정격전압에 보통 100A전후) 할 필요성이 없어져 직렬갭을 생략하고 금속산화물 특성요소만을 포개어 애자속에 봉입함으로서 기존 피뢰기에 비하여 아주 작게 소형화할 수 있고 가격도 낮출 수 있는 효과를 가져오고 있다.

1) 피뢰기는 본체, 급전선 연결금구 및 접지단자, 지지금구로 구성되어 있다.

2) 구조는 충분한 내구성이 있고 취부가 용이하여야 한다.

3) 피뢰기의 각부는 뇌, 풍압 등에 대하여 기계적인 강도가 충분하여야 한다.

4) 급전선 연결금구 (동선과 Al 선)의 접속부분은 부식을 방지할 수 있도록 해야 한다.

5) 급전선 연결단자는 38[㎟], 접지단자는 22∼38[㎟]까지 연결할 수 있어야 한다.

 

 

4. 피뢰기의 정격

 

피뢰기의 정격전압이란 그 전압을 선로단자와 접지단자에 인가한 상태에서 소정의 단위동작 책무를 소정의 회수로 반복 수행할 수 있는 정격주파수의 상용주파전압의 최고한도를 규정한 값(실효치)를 말한다.

피뢰기의 정격전압은 공칭전압을 1.1로 나눈 것에 1.4배한 것을 말하는데 다음과 같다.

                           22(KV) × 1.4

피뢰기의 정격전압 = -------------------- = 28(KV)   ( 22[㎸]인 경우)

                                  1.1

피뢰기의 정격전압

전력계통		피뢰기의 정격전압[㎸]
전압[㎸]	중성점 접지방식	변전소	배전선로
22.9	3상4선식다중접지	21	18
6.6	비접지	7.5	7.5

피뢰기의 정격

공칭방전전류[A]	피뢰기의 정격전압[㎸]
10,000	138, 75, 24, 21, 12, 7.5
5,000	75, 24, 21, 7.5
2,500	18, 9, 7.5(4.2)

☆ 내선규정에서 22.9㎸-Y는 배전선로용을 적용하여 18㎸급 2,500[A]를 선정한다.

 

 

5. 갭레스형의 주요특성

 

1) 방전갭이 없으므로 구조가 간단하고 소형 경량화 할 수 있다.

2) 소손 위험이 적고 피뢰기의 부합된 뛰어난 성능을 기대할 수 있다.

3) 속류가 없어 빈번한 작동에도 잘 견딘다.

4) 속류에 따른 특성요소의 변화가 적다.

5) 직렬갭이 없어 특성요소 만으로 절연되어 있으므로 특성요소의 사고 시 단락사고와 같은 경우로 연결될 수 있다.

   

피뢰기의 성능

항 목	성 능
직류 단자전압	1.8 [㎸]
직류방전 개시전압	9 [㎸]
상용주파수 내전압	20 [㎸]
충격 내전압	50 [㎸]
충격 방전전압	25 [㎸] (100%)
충격 방전전압	29 [㎸] (0.5μs)
방전 전압	25 [㎸] (3,000A)
충격 내전류	28 [㎄] (5,000A)

 

6. 피뢰기의 구성

 

일반적으로 피뢰기는 그림에서와 같이 직렬갭과 특성요소(비직선저항체)로 되어 있는 단위소자를 필요개수 만큼 포개서 애자 속에 밀봉한 구조를 가지고 있으며 필요에 따라 실드링을 부착한다.

 

1) 직렬갭(주갭)

직렬갭은 정상전압에서는 방전을 하지 않고 절연상태를 유지하지만 이상과전압 발생 시에는 신속히 이상전압을 대지로 방전해서 이상과전압을 흡수함과 동시에 계속해서 흐르는 속류를 빠른 시간내 차단하는 특성을 가지고 있다.

2) 특성요소

특성요소는 탄화규소입자를 각종 결합체와 혼합하여 모양을 만든후 고온도의 용광로속에서 구워낸 것으로 비저항 특성을 가지고 있어 밸브저항체라고도 한다.

뇌서지 등에 의한 큰 방전전류에 대해서는 저항값이 작아져서 제한전압을 낮게 억제함과 동시에 비교적 낮은 계통전압에서는 높은 저항값으로 속류 등을 차단하여 직렬갭에 의한 차단을 용이하게 도와주는 작용을 한다.

 

 

7. 제한전압 및 속류(Follow Current)

 

1) 제한전압

피뢰기의 방전 중 과전압이 제한되어 양단자 사이에 잔류하는 충격전압이며 방전전류의 파고치 및 파형에 의해 정하며 제한전압의 규정치는 파고치로 표시한다.

2) 속류(Follow Current)

방전현상이 실질적으로 끝난 후 계속하여 전력계통에서 공급되어 피뢰기에 흐르는 전류를 말한다.

 

 

8. 피뢰기의 설치 및 접지

 

1) 설치

전기설비기술기준에서는 “고압 및 특별고압의 전로 중 다음 각호에 열거하는 곳 또는 이에 근접한 곳에는 피뢰기를 시설하여야 한다.”라고 정의하고 있다.

따라서 시설하여야 하는 장소는 다음과 같다.

(1) 발전소․변전소 또는 이에 준하는 장소의 가공전선 인입구 및 인출구

(2) 가공전선로에 접속하는 제32조의 배전용 변압기의 고압측및 특별고압측

(3) 고압 및 특별고압 가공전선로로부터 공급을 받는 수용장소의 인입구

(4) 가공전선로와 지중전선로가 접속되는 곳

일반적인 도시철도 급전선로에서는 피뢰기의 설치간격은 500[m]를 표준으로하여 시설되어 있고 대전도시철도도 여기에 따른다.

2) 접지

피뢰기의 접지는 전기설비 기술기준에서는 제1종 접지공사를 하도록 규정되어 있으며 설치간격은 500[m]를 표준으로 접지저항은 10[Ω]이하로 되어 있다. (직류구간의 피뢰기는 30[Ω]까지 허용하고 있다.)

제1종 접지공사에 사용되는 접지선을 사람이 접촉할 우려가 있는 장소에 시설할 경우에는 다음과 같이 한다.

(1) 접지극은 지하 75[㎝] 이상 깊이에 매설한다.

(2) 접지선을 철주 기타 금속체에 따라 시설할 경우에는 접지극을 지중에서 그 금속체로부터 1[m]이상 떼어 매설한다.

(3) 접지선은 지하 75[㎝]에서 지표상 2[m] 까지의 부분을 합성수지관 또는 이와 동등이상의 절연효력 및 강도가 있는 것으로 덮을 것.

(4) 접지선에는 절연전선(옥외용 비닐절연전선을 제외), 켑타이어 케이블또는 케이블(통신용 케이블 제외)을 사용할 것. 다만, 접지선의 지표상 60[㎝]를 넘는 부분에는 그러하지 아니할 수 있다.