피뢰기(LA : lightning arrester)

피뢰기(LA : lightning arrester)

 

피뢰기는 특별 고압 가공 전선로에 의하여 수전하는 변전실의 입구에 설치하며, 낙뢰나 혼촉 사고 등에 의하여 이상 전압(낙뢰 또는 개폐시 발생하는 전압)이 발생하였을 때, 선로와 기기를 보호할 목적으로 설치한다.

아래의 그림은 피뢰기의 겉모양과 심벌은 나타낸 것이며, 피뢰기의 심벌은 문자 기호 LA를 기입하여 피뢰기임을 명시하고, 또 필요에 따라 정격 전압, 대수 등을 기입한다. 피뢰기는 종래에는 밸브 저항형 피뢰기가 많이 사용되었으나 최근에는 소형화, 내오손성, 보수성 등이 유리한 산화 아연형 피뢰기가 쓰이고 있다.

피뢰기의 특성은 단자 전압이 이상 전압의 침입으로 일정 전압 이상으로 올라갔을 때 신속히 동작하여 일정 전압 이하로 이상 전압을 억제하는 기능과 이상 전압을 방전한 후 자동적으로 회복(속류 차단)시키는 기능을 가지고 있다.

 

피뢰기의 겉모양	심벌

1. 피뢰기의 정격 선정

1) 피뢰기의 정격전압

피뢰기의 정격 전압이란 그 전압을 피뢰기의 양단자에 인가한 상태에서 단위의 뇌서지 동작 책무로 규정된 회수를 반복 수행할 수 있는 정격 주파수의 상용 주파수 전압 최고 한도를 규정한 값(실효값)을 말한다.

피뢰기는 상용 주파수의 전압에는 동작하지 않아야 한다. 상용 주파 이상 전압의 크기는 유효 접지계에서 1선 지락 전류시에 1.2 ～ 1.4배 정도인 바, 정확하게는 계통의 접지 계수(= 고장 중 건전상의 최대 대지 전압 / 최대 선간 전압)에 따라 결정된다. 이때의 전압 상승값보다도 15[%] 정도 더 높은 전압에서도 방전이 있어서는 안된다. 일반적으로 선로 전압을 기준으로 표시하면, 각각 80[%] 피뢰기, 85[%] 피뢰기 및 115[%] 피뢰기라고 부르게 된다. 다음 표는 내선 규정에서 정하고 있는 피뢰기의 정격을 나타낸 것이다.

 

  피뢰기의 정격 전압

전 력 계 통		피뢰기의 정격 전압[kV]
전압[kV]	중성점 접지 방식	변전소	배전 선로
3.3 6.6 22.9 22 66 154 345	비 접지 비 접지 3상 4선 다중 접지 비 접지 비 접지 유효 접지 유효 접지	7.5 7.5 21 24 75 138 288	7.5(4.2) 7.5 18

[주] 전압 22.9[kV] 이하의 배전 선로에서 수전하는 설비의 피뢰기 정격 전압은 배전선로용을 적용한다.

 

2) 피뢰기의 공칭 방전 전류

공칭 방전 전류란 피뢰기의 보호 성능 및 회복 성능을 표현하기 위하여 사용하는 방전 전류의 규정치이며, 소정 파형이 뇌 임펄스 전류의 파고치로 표시한다.

피뢰기에 흐르는 정격 방전 전류는 변전소의 차폐 유무와 그 지방의 년간 뇌우 발생 일수에 관계되나 여러 가지 요소를 고려한 일반적인 시설 장소별 피뢰기의 공칭 방전 전류는 표와 같이 적용한다.

 

표 설치 장소별 피뢰기의 공칭 방전 전류

공칭방전전류	설치 장소	적 용 조 건
2,500[A]	선로, 변전소	배전 선로, 배전선 피더 인출측
5,000[A]	변전소	66[kV] 및 그 이하 계통에서 뱅크 용량이 3,000[kVA] 이하인 곳
10,000[A]	변전소	154[kV] 이상 계통

2. 피뢰기의 설치

피뢰기는 전력용 기기를 보호하는 것이 주목적이므로 주변압기에 최대한 가깝게 설치하는 것이 좋다. 피뢰기와 기기가 같은 곳에 있으면 기기에 걸리는 전압은 피뢰기의 단자 전압과 같지만 거리가 너무 멀리 떨어져 있으며, 침입 파형이나 기기의 배치 등에 따라 피뢰기로 억제되는 전압보다 큰 값이 된다.

      피뢰기와 변압기의 간격

그림에서 보는 바와 같이 변압기의 파동 임피던스는 선로의 임피던스보다 크기 때문에 변압기의 단자에서 플러스 반사를 일으킨다. 때문에 변압기 단자의 전압은 입사파와 반사파가 합성되어 높아지고 이 높아진 전압이 다시 피뢰기로 향하는 이상 전압이 된다. 

이것이 피뢰기 설치점에서는 마이너스 반사를 일으켜 변압기로 향하게 되는데, 이처럼 피뢰기, 변압기 사이를 이상 전압 진행파가 되어 왕복 진동을 반복한다. 그러므로 피뢰기로 이상 전압을 저감하더라도 변압기에는 높은 전압이 가해지게 되고 결국 절연 파괴를 일으켜 보호를 충분히 할 수 없게 된다. 이러한 이유 때문에 피뢰기를 가능한 한 변압기 부근에 설치하도록 하며, 일반적으로 피뢰기의 위치는 22.9[kV-Y]에서는 20[m] 이내에 설치하고 있다.
최근 인입선에 케이블을 사용하는 경우가 많아 가공 전선로와 케이블이 접속되는 지점에 피뢰기를 설치하도록 하고 있으며, 또한 케이블을 사용하지 않을 경우에는 전력 퓨즈나 컷아웃 스위치 전단에 피뢰기를 설치하는 것이 바람직하다.

3. 서지 흡수기(S.A : Surge Absorbor)

서지 흡수기는 피뢰기와 같은 구조로 되어 있으나 적용전압 범위만을 조정하여 일종의 옥내 피뢰기로서 선로에서 발생할 수 있는 개폐서지, 순간과도전압 등의 이상전압이 2차기기에 악영햐을 주는 것을 막기위해 설치하는 서지 흡수기로 대부분 큐비클에 내장, 설치하여 건식류의 변압기나 기기계통 보호가 주요 대상이다.

1) 서지 흡수기의 특성 및 적용
서지 흡수기의 특성 및 적용은 피뢰기와 거의 동일한 특성과 적용 목적을 가지고 있으며 구내선로의 이상전압을 방지하는데 그 주된 목적이 있다.

2) 서지 흡수기의 적용범위 및 내용
대표적으로 발전기, 변압기 , 콘덴서 기기보호용 서지 흡수기 적용내용을 예를 들어 보면 다음표와 같다.

서지 흡수기의 적용

차단기종류 전압등급 2차보호기기		V S		V C B
		3KV	6KV	3KV	6KV	10KV	20KV	30KV
발전기		불 필 요		부분적으로 검토 적용		․	․	․
변 압 기	유입식	불 필 요		불 필 요	불 필 요	불 필 요	불 필 요	불 필 요
	몰드식	불 필 요		반드시 적용	반드시 적용	반드시 적용	반드시 적용	반드시 적용
	건 식	불 필 요		반드시 적용	반드시 적용	반드시 적용	반드시 적용	반드시 적용
콘덴서		불 필 요		불 필 요	불 필 요	불 필 요	불 필 요	불 필 요
변압기와 유도기기와의 혼용 사용시		불 필 요		반드시 적용	반드시 적용	․	․	․

주) 상기 표에서와 같이 VS 또는 VCB를 사용시 반드시 서지 흡수기를 설치해야 하나 VCB와 유입 변압기를 사용시는 설치하지 않아도 된다.

 

 

4. 피뢰기와 SA(서지 흡수기)의 차이점

1) 피뢰기

뇌나 회로개폐 등으로 발생한 충격성 과전압의 서지를 대지에 방전시킴으로써 그 파고치를 제한하여 전기시설의 절연을 보호함과 동시에 계통의 정상상태를 교란하지 않고 원상으로 복귀시키기 위한 장치이며, 피뢰기의 동작은 ①직렬갭으로 상용주파수의 상규전압에 대해서는 대지간에 절연을 유지하고 있지만 이상전압이 내습하면 갭이 방전을 개시해서 특성요소를 통해서 서지전류를 대지에 흘려줌으로써 전압의 상승을 방지하고, ② 뇌전압의 진행파가 피뢰기의 설치점에 도달해서 직렬갭이 충격방전개시전압을 받으면, 직렬갭이 먼저 방전하게 되는데, 그렇게 되면 특성요소가 선로에 이어져서 뇌전류를 방류하여 전압을 제한전압까지 내립니다.

 

2) 서지흡수기(SA : Surge Absorber)

VCB(진공차단기) 개폐시 발생하는 개폐서지, 순간과도전압 등 선로에서 발생할 수 있는 이상전압으로부터 기준충격절연강도(BIL : Basic Impulse Insulation Level)가 낮은 몰드변압기나 건식류기기, 전동기 등을 보호하기 위하여 설치하는 것으로 VCB 2차측과 몰드변압기나 건식류기기, 전동기 1차측 각 상의 전로-대지간에는 SA를 설치하는 것이 바람직하다.