개폐서지

개폐서지란

개폐서지는 차단기와 단로기로 회로를 여닫을 때 생기는 이상전압이다.

회로의 인덕턴스 L과 커패시턴스 C에 저장된 에너지가 방전하며 과도 진동이 일어난다.

투입서지, 개방서지, 재점호, 절연협조가 이 단원의 핵심 키워드다.

차단 동작이 절연을 위협하므로 서지 억제 설계가 필수다.

발생 원리

차단기가 진상 소전류를 차단하면 차단 완료 시점에 선로단은 Vm으로 충전된다.

차단 후 1/2 주기가 지나면 극간에는 약 2Vm이 걸린다. 이때 절연 회복이 부족하면 재점호가 일어난다.

재점호가 일어나면 선로 잔류전압이 급격히 되돌아가 과도 진동이 생기고 최대 3Vm이 나타난다.

과도 배율 k는 재점호 횟수와 제동 작용에 따라 달라진다. 재점호가 반복되면 배율이 단계적으로 커진다.

투입서지와 개방서지

투입서지와 개방서지는 발생 조건이 달라 구분해서 써야 한다.

투입서지는 잔류 전하가 있는 무부하 선로를 투입할 때 생기며, 최대 약 2배 수준이다.

개방서지는 진상 소전류를 차단할 때 재점호로 커지며, 콘덴서 뱅크에서 특히 문제가 된다.

답안에서는 서지 종류별 발생 원인과 대상 기기를 함께 적어야 한다.

저감 대책

개폐서지 대책은 발생원을 줄이는 고압측과 기기 전압을 낮추는 저압측으로 나눠 세운다.

고압측은 재점호를 억제하고, 투입저항을 주접점보다 먼저 넣어 투입 서지를 줄이며, 위상이 맞을 때 투입한다.

저압측은 SPD를 설치해 기기 단자 전압을 낮추고, 접점 보호 회로로 유도성 부하를 보호한다.

재점호 억제가 가장 확실한 대책이다.

계산 예제

이제 투입서지 배율을 직접 계산해 보자.

무부하 선로 끝단이 열린 상태에서 투입하면 진행파가 개방단에서 전반사한다.

그래서 개방단 전압은 입사 전압의 2배, 곧 2Vm이 된다.

Vm을 1.0 pu로 놓으면 결과는 2.0 pu다. 실제 계통은 제동 작용으로 이보다 낮게 억제된다.

헷갈리는 점과 정리

마지막으로 헷갈리기 쉬운 점과 핵심을 정리한다.

개폐서지를 뇌서지와 같은 크기로 설명하면 감점이 된다. 파고는 낮아도 지속 시간이 길다.

재점호는 개방서지 이상전압을 키우므로 재점호 억제가 핵심 대책이다.

시험에서는 서지 종류, 발생 원인, 대상 기기, 대책을 함께 적어야 한다.