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전력 계통에서는 다양한 원인에 의해 이상전압(외부, 내부 이상전압)이 발생합니다. 이상전압은 전력 계통의 안정성과 안전성에 영향을 미칠 수 있으며, 이에 대한 적절한 대책을 마련하지 않으면 심각한 문제로 이어질 수 있습니다. 이번 글에서는 이상전압의 종류와 그 특징을 설명합니다.
외부 이상전압
외부 이상전압은 주로 자연 현상이나 외부의 영향으로 인해 발생합니다. 외부에서 유입되는 전압의 급격한 변화는 전력 계통에 문제를 일으킬 수 있습니다.
1. 뇌격에 의한 이상전압
뇌격은 송전선이나 가공설비에 직접적으로 전류가 흐를 때 발생하는 이상전압입니다. 뇌격에 의해 발생하는 이상전압은 매우 높은 전압을 동반하며, 송전선로나 전력 설비에 큰 손상을 줄 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 피뢰기와 같은 보호 장치가 사용됩니다.
2. 유도에 의한 이상전압
송전선이 유도된 구조물이나 대지와 근접한 경우, 송전선에 유도된 전압에 의해 이상전압이 발생할 수 있습니다. 이는 특히 지중 전선에서 많이 발생하며, 차폐 장치나 절연 강화를 통해 보호할 수 있습니다.
내부 이상전압
내부 이상전압은 계통 내에서 발생하는 이상전압으로, 주로 계통의 운전 상황이나 장비의 문제로 인해 발생합니다. 이는 외부 이상전압보다 더 빈번하게 발생하며, 계통의 고장으로 이어질 수 있습니다.
1. 과도 진동전압 (개폐서지)
계통의 개폐 과정에서 발생하는 과도 전압을 과도 진동전압이라고 합니다. 이는 차단기의 투입 또는 개방 시 발생하며, 고속도의 재폐로 또는 큰 전류의 차단 시에 더욱 크게 나타납니다. 변압기 절연과 같은 보호 장치가 필요합니다.
2. 상용주파 지속성 이상전압
상용주파에서 발생하는 지속적인 이상전압은 주로 고장 전압이나 공진 현상에 의해 발생합니다. 이는 송전선로의 페라현상에 의해 나타날 수 있으며, 계통의 운전 상태에 따라 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 차단기 및 절연장치의 적절한 보호가 필요합니다.
계통별 이상전압의 특성
1. 계통 고장 시 이상전압
계통에서 고장이 발생할 경우, 고장 지점에서 급격한 전류 변화에 의해 이상전압이 발생합니다. 고장 시 계통 내 전류가 차단되거나 변동함에 따라 발생하는 과도 전압은 절연 파괴나 장비 손상의 원인이 될 수 있습니다.
2. 무부하 송전선의 이상전압
무부하 송전선은 부하가 없는 상태에서 송전될 때 이상전압이 발생할 수 있습니다. 이러한 이상전압은 페라현상에 의해 증폭되며, 특히 장거리 송전선에서 자주 발생합니다. 이를 방지하기 위해 전압 조정기나 피뢰기와 같은 장비를 사용합니다.
3. 차단기 투입 시 이상전압
차단기의 투입 과정에서 전압이 급격히 변화하면서 발생하는 이상전압을 투입서지라고 합니다. 이는 차단기의 동작에 따라 전류가 급격하게 변화하면서 발생하며, 계통 내 다른 장비에 영향을 미칠 수 있습니다.
이상전압의 대책
이상전압을 방지하고 보호하기 위한 방법은 다음과 같습니다.
- 피뢰기 설치: 뇌격에 의한 이상전압을 방지하기 위해 피뢰기를 설치하여 과도 전압을 차단합니다.
- 절연 강화: 계통 내 장비와 송전선을 절연 강화하여 이상전압에 견딜 수 있는 내성을 키웁니다.
- 차단기 보호: 차단기의 투입 과정에서 발생할 수 있는 이상전압을 방지하기 위해 차단기 보호 장치를 설치합니다.
- 전압 조정기 사용: 무부하 송전선에서 발생할 수 있는 이상전압을 방지하기 위해 전압 조정기를 사용하여 안정적인 전압을 유지합니다.
결론
전력 계통에서 발생할 수 있는 이상전압은 외부 요인과 내부 요인 모두에서 발생할 수 있으며, 이를 적절히 방지하지 않으면 계통의 심각한 문제를 초래할 수 있습니다. 각종 보호 장치와 예방책을 통해 이상전압에 대비하는 것이 중요합니다.
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