피뢰기 정격전압, 제한전압, 방전전류, 상용주파 및 충격 방전 개시전압 정의

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피뢰기 정격전압, 제한전압, 방전전류, 상용주파 및 충격 방전 개시전압 등 피뢰기의 주요 용어들에 대해 이해하는 것은 피뢰기 선택 및 운용에 매우 중요합니다. 피뢰기(Arrester)는 전력 설비를 번개나 이상 전압으로부터 보호하기 위한 필수적인 장치입니다. 여기서는 피뢰기와 관련된 주요 용어들인 정격전압, 제한전압, 방전전류, 상용주파 방전 개시전압, 충격 방전 개시전압에 대해 설명하겠습니다.

Table of Contents

1) 정격전압 (Rated Voltage)

정격전압이란, 피뢰기가 방전 후 속류를 차단할 수 있는 상용주파 전압을 말합니다. 이를 상용주파 허용단자전압이라고도 부릅니다. 피뢰기는 전력 계통에서 이상 전압이 발생했을 때 방전을 통해 계통을 보호합니다. 방전이 끝난 후, 피뢰기는 다시 정상적인 상태로 돌아가야 하며, 이때 정격전압보다 높은 전압이 인가되면 피뢰기가 정상적으로 동작하지 못하고 속류가 차단되지 않습니다.

정격전압의 계산식은 다음과 같습니다:

$$
V = \alpha \cdot \beta \cdot V_m \ (\text{kV})
$$

여기서:

$\alpha$: 접지 계수
$\beta$: 여유 계수
$V_m$: 계통 최고 전압

예를 들어, 345kV 전력 계통에서 피뢰기의 정격전압은 다음과 같이 계산됩니다:

$$
V = 0.25 \cdot 1.06 \cdot 362 = 288 \ \text{kV}
$$

2) 제한전압 (Residual Voltage)

제한전압이란 피뢰기가 동작하여 방전할 때, 피뢰기 단자에 남게 되는 최대 전압을 말합니다. 방전 중 피뢰기 단자간에 남아있는 최대 충격 전압으로, 파고값으로 표현됩니다. 제한전압은 피뢰기가 방전할 때 피보호 기기에 전달되는 최대 전압을 의미하며, 피뢰기 성능의 중요한 지표입니다.

제한전압의 범위는 보통 피뢰기의 정격전압의 2.6배에서 3.2배 사이로 나타납니다.

3) 방전전류 (Discharge Current)

방전전류는 피뢰기가 방전 중일 때, 피뢰기에 흐르는 전류를 의미합니다. 이는 피뢰기가 전력 계통에서 이상 전압을 방전할 때 흘러나오는 전류로서, 보통 20kA에서 40kA의 범위를 가집니다. 방전전류는 피뢰기가 정상적으로 동작하는지 여부를 확인하는 중요한 요소 중 하나입니다.

4) 상용주파 방전 개시전압 (Power Frequency Discharge Voltage)

상용주파 방전 개시전압은 피뢰기 단자에 상용주파수의 전압이 인가될 때, 피뢰기가 방전을 개시하는 전압을 말합니다. 일반적으로 피뢰기의 정격전압의 7.5배 정도로 설정되며, 이 전압 이상에서 피뢰기는 방전하여 계통을 보호합니다.

5) 충격 방전 개시전압 (Impulse Discharge Voltage)

충격 방전 개시전압은 피뢰기에 충격 전압이 인가될 때, 피뢰기가 방전을 개시하는 전압을 의미합니다. 이는 상용주파 방전 개시전압과는 달리 순간적으로 가해지는 고전압에 대한 방전 능력을 의미하며, 피뢰기의 충격 방전 성능을 결정짓는 중요한 요소입니다.

충격 방전 개시전압의 계산식은 다음과 같습니다:

$$
\text{충격비} = \frac{\text{충격 방전 개시전압}}{\text{상용주파 방전 개시전압의 파고값}}
$$

결론

피뢰기의 주요 용어인 정격전압, 제한전압, 방전전류, 상용주파 방전 개시전압, 충격 방전 개시전압은 피뢰기의 성능과 관련된 핵심적인 개념들입니다. 이러한 용어를 정확히 이해하고 적용함으로써, 피뢰기의 적절한 선택과 유지보수를 통해 전력 계통을 효과적으로 보호할 수 있습니다.