피뢰기의 역할·구비조건·종류

피뢰기의 정의

피뢰기는 이상전압을 대지로 방전시켜 기기 절연을 지키는 보호장치다.

평소에는 전류가 거의 흐르지 않다가, 과전압이 오면 그 전류를 땅으로 빼 준다.

전압이 가라앉으면 다시 막혀 계통이 정상 운전으로 돌아간다.

핵심 용어는 이상전압, 제한전압, 방전개시전압, 속류다.

구성과 동작 원리

피뢰기는 직렬갭과 특성요소로 구성된다.

직렬갭은 평상시 절연하다가 이상전압이 걸리면 방전을 개시하는 문턱 소자다.

특성요소인 산화아연 소자는 전압에 따라 저항이 급변하는 비선형 저항체다.

전류가 커져도 단자전압은 제한전압 수준에서 머문다.

구비조건

구비조건은 네 가지다. 방전내량과 제한전압은 한 쌍으로 묶어 외운다.

충격방전개시전압은 낮고, 상용주파방전개시전압은 높아야 한다.

방전내량은 크고, 제한전압은 낮아야 한다.

속류차단 능력은 클수록 좋다. 속류를 끊지 못하면 소자가 열폭주로 파괴된다.

방향을 짝지어 쓰면 채점자가 빠르게 확인한다.

피뢰기의 종류

피뢰기는 소자 구조에 따라 갭형과 갭리스형으로 나뉜다.

갭형은 갭이 방전하고 갭 소호로 속류를 끊는다. 현재는 거의 쓰지 않는다.

갭리스형은 ZnO 소자의 비선형 특성으로 속류를 차단한다.

설치 장소에 따라 변전소용, 선로용, 배전용으로 나뉜다.

절연협조 계산 예제

가상의 예로 22.9kV 배전 계통의 절연협조를 계산해 보자.

기기 BIL은 125kV로 가정한다. 뇌서지 여유율은 20%다.

제한전압은 0.8을 곱한 BIL 이하여야 하므로 상한은 100kV다.

100kV는 기기 BIL 125kV보다 낮은 값이다.

정리와 확인

지금까지 배운 핵심을 한 번 정리한다.

피뢰기는 이상전압 시 방전하고 속류를 차단해 정상 상태로 복귀시키는 장치다.

제한전압은 기기 절연보다 낮게, 뇌서지는 20% 여유를 둔다.

마지막으로 직접 풀어 보자.