이상전압의 원인과 분류

이상전압의 정의

이상전압은 계통의 최고 사용전압을 넘는 전압이다.

원인이 계통 내부에 있으면 내부 이상전압, 계통 밖에 있으면 외부 이상전압이다.

이 구분을 먼저 잡으면 이후 원인과 대책을 정리하기 쉽다.

세 가지 유형 비교

이상전압은 원인과 지속시간에 따라 뇌서지, 개폐서지, 지속성 이상전압으로 나뉜다.

뇌서지는 크기가 가장 크지만 지속시간이 극히 짧다. 피뢰기가 보호해야 할 주 대상이다.

개폐서지는 크기보다 상승속도가 커서 기기 절연에 불리하다.

지속성 이상전압은 크기가 낮아도 시간이 길어 절연 협조의 기준이 된다.

개폐서지의 발생 절차

개폐서지는 차단기를 열거나 닫을 때 회로 상태가 급변하면서 생긴다.

선로의 정전용량과 인덕턴스에 저장된 에너지가 방전하며 과도진동이 일어난다.

진행파가 선로를 따라 이동하다 반사되어 전압이 겹쳐진다.

마지막으로 피뢰기가 동작해 과전압을 대지로 방전하고 잔류전압을 제한한다.

계산 예제

가상의 예로 154kV 계통의 개폐서지를 간단히 확인해 본다.

최고 사용전압은 공칭 전압 154kV에 계수 1.1을 곱해 169.4kV다.

이 값으로 상전압 최대값을 구하면 약 138.3kV가 된다.

공칭 상전압 약 88.9kV의 1.55배로 상식 범위 안이다.

헷갈리는 점

가장 흔한 실수는 이상전압을 뇌서지와 같다고 보는 것이다.

이상전압은 계통 최고사용전압을 넘는 모든 전압을 포함한다. 원인은 외부와 내부로 나뉜다.

개폐서지는 수 ms 이내의 과도 현상이고, 페란티 효과는 지속성 이상전압이다.

원인마다 피뢰기 설치, 연가, 중성점 접지 같은 대책을 짝지어 쓴다.

정리

이상전압은 원인과 지속시간으로 나누고, 원인별 대책까지 함께 쓴다.

외부 원인은 직격뢰와 유도뢰, 내부 원인은 개폐와 고장, 지속성 이상전압이다.

절연 설계는 이 크기와 파형을 기준으로 하고, 피뢰기로 상한을 낮춘다.