중성점 접지방식

왜 배우는가: 중성점 접지방식은 지락고장 때 건전상 전위상승, 절연 설계, 보호계전과 통신선 유도장해를 한꺼번에 좌우하므로 배전·송전 설계의 출발점이다. 기술사 시험에서도 용어형과 비교형 문항으로 여러 교시에 걸쳐 반복해서 나온다.

출제 이력: 제128회 4교시 6번, 제124회 1교시 7번, 제120회 2교시 3번, 제109회 2교시 1번, 제96회 1교시 8번, 제91회 3교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

중성점 접지방식은 3상 계통의 중성점을 대지에 연결하는 방법으로, 지락고장 시 건전상 전위상승과 고장전류 크기를 제한하고 보호계전을 확실하게 하기 위해 선정한다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 중성점 접지(Neutral Grounding)
• 직접접지방식(Solidly Grounded System)
• 저항접지방식(Resistance Grounded System)
• 비접지방식(Ungrounded System)
• 유효접지(Effectively Grounded System)
• 건전상 전위상승(Healthy Phase Voltage Rise)
• 지락전류(Ground Fault Current)
• 유도장해(Inductive Interference)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 전선 한 가닥이 땅에 닿았을 때 전기가 어떻게 흐를지를 미리 정해 두는 것이다. 중성점은 3상 전원의 기준점이며 평상시 전위가 거의 0이다. 이 점을 땅에 어떻게 연결하느냐에 따라 고장 때의 전압과 전류가 달라진다.

정식 정의는 다음과 같다. 중성점 접지방식이란 전력계통의 중성점을 대지에 직접 또는 임피던스를 통해 연결하는 방식을 말한다. 접지 임피던스의 크기에 따라 직접접지, 저항접지, 소호리액터 접지, 비접지로 나뉜다.

핵심 용어를 풀면 다음과 같다.

유효접지는 1선 지락 시 건전상 대지전위 상승이 낮게 제한되는 접지 상태를 말한다. 이때 건전상 전위상승은 관련 기준이 정한 범위 이내로 억제된다. 그래서 피뢰기와 기기의 절연레벨을 낮출 수 있다.

비유효접지는 건전상 전위상승이 커지는 접지 상태이며, 비접지와 소호리액터 접지가 여기에 속한다. 건전상 전압이 선간전압 수준까지 오를 수 있다.

영상전류는 3상의 벡터합으로 나타나는 대지 귀로 전류 성분이다. 지락 보호계전기는 주로 이 영상전류를 검출한다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 전력계통은 저압 단거리 선로가 많아 중성점을 접지하지 않아도 큰 문제가 없었다. 그러나 전압이 높아지고 선로가 길어지면서 정전용량이 커졌고, 간헠 아크 지락 때 이상전압이 반복해서 발생하는 문제가 생겼다.

이 문제를 해결하려고 중성점을 접지하는 방식이 도입되었다. 접지의 목적은 세 가지로 정리된다. 첫째, 간헐 아크 지락 등에 의한 이상전압을 억제한다. 둘째, 1선 지락 시 건전상의 전위상승을 제한한다. 셋째, 지락전류를 키워 보호계전기의 동작을 확실하게 한다.

전압이 높은 계통일수록 절연비용의 영향이 커진다. 건전상 전위상승을 억제하면 기기의 절연레벨을 낮출 수 있어 설비 비용이 줄어든다. 이 때문에 특별고압 계통은 대부분 유효접지 방식을 채택한다.

그러나 지락전류를 키우면 통신선 유도장해와 과도안정도 저하가 함께 커진다. 따라서 접지방식은 절연, 보호, 유도장해, 안정도 사이의 균형으로 정해진다.

고압 계통에서는 선로의 충전전류 크기가 접지방식 선정의 기준이 된다. 충전전류가 크면 지락 아크가 자연 소호되기 어려워 소호리액터 접지나 저항접지가 검토된다.