피뢰기 정격전압

왜 배우는가: 피뢰기 정격전압은 피뢰기 선정의 출발점이다. 정격전압이 틀리면 속류를 끊지 못해 피뢰기가 파손되거나, 서지 때 기기를 보호하지 못한다. 그래서 전기응용기술사 시험에서 용어 정의, 구비조건, 선정 기준을 묻는 문항으로 반복해 나온다.

출제 이력: 제135회 1교시 3번, 제126회 1교시 10번, 제112회 3교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 피뢰기 정격전압은 속류를 차단하고 원상 복귀할 수 있는 최고의 상용주파 전압(실효값)이다.

정격전압은 피뢰기 선정에서 가장 먼저 정하는 값이다. 피뢰기는 평상시에는 절연체로 있다가 서지가 오면 도통하고, 서지가 끝나면 다시 절연 상태로 돌아가야 한다. 이 복귀 능력의 상한이 정격전압이다. 정격전압이 낮으면 속류를 끊지 못하고, 높으면 서지 때 제한전압이 올라 기기를 보호하지 못한다.

핵심 키워드

• 피뢰기 정격전압: 속류 차단이 가능한 최고 상용주파 전압
• 속류(Follow Current): 서지 방전 후 계통 전압에 의해 피뢰기에 계속 흐르는 전류
• 상용주파 방전개시전압: 상용주파 전압에서 피뢰기가 방전을 시작하는 전압
• 제한전압: 방전 전류가 흐를 때 피뢰기 단자에 남는 최대 전압
• 공칭방전전류: 피뢰기 방전 능력을 등급으로 나타내는 기준 전류
• 유효접지계통: 1선 지락 때 건전상 대지전위 상승이 작게 제한된 계통
• 계통 최고전압: 정격전압 선정의 기준이 되는 계통의 최고 운전 전압

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 피뢰기는 번개나 개폐 서지가 들어올 때 전류를 대지로 흘려보내 기기를 지키는 장치다. 서지가 지나간 뒤에는 다시 절연 상태로 돌아가야 한다. 정격전압은 이 "다시 돌아가는" 능력을 보장하는 전압의 한계다.

정식 정의는 1절과 같다. 피뢰기는 계통 전압이 걸린 상태에서 서지 방전이 끝나면 속류를 자연 영점에서 끊어야 한다. 그 전압이 정격전압을 넘으면 속류를 끊지 못하고, 전류와 전압이 함께 커지면서 열폭주로 이어질 수 있다. 따라서 정격전압은 계통에서 나올 수 있는 가장 높은 상용주파 전압을 기준으로 정한다.

핵심 용어 풀이

정격전압은 피뢰기가 속류를 차단하고 원상 복귀할 수 있는 상한 전압이다. 실효값으로 표시하며 kV 단위를 쓴다. 계통의 최고 운전 전압, 접지방식, 단시간 과전압을 함께 고려해 정한다.

속류는 서지 방전이 끝난 뒤에도 계통 전압 때문에 피뢰기를 통해 계속 흐르는 전류다. 이 전류를 끊지 못하면 피뢰기 자체가 계통 단락 상태가 되므로 속류 차단 능력이 구비조건이 된다.

공칭방전전류는 피뢰기의 방전 능력을 등급으로 나타내는 대표 전류다. 뇌 임펄스 전류 표준 파형 기준의 파고값으로 정하며, 등급에 따라 피뢰기 소자 용량이 달라진다.

제한전압은 공칭방전전류가 흐를 때 피뢰기 단자에 남는 전압이다. 값이 낮을수록 피보호 기기의 절연이 안전하다.

정격전압과 계통 전압의 관계는 지락 사고에서 잘 드러난다. 1선 지락이 나면 건전상의 대지전위가 올라간다. 비접지 계통이나 Δ 계통에서는 대지전위가 상규 대지전압보다 크게 오를 수 있다. 우리나라 유효접지계통은 대지전위 상승을 1.3배 이하로 제한하도록 접지한다. 정격전압은 이 상승 조건에서도 속류를 끊을 수 있도록 접지방식과 함께 정한다.