우리 나라의 전력 계통에 있어 22.9kV-y 배전 방식은 변전소로부터 배전 선로를 통해 대도시 중심부 등 사람의 왕래가 빈번한 곳이나 신도시 지역 등에 지중 케이블로 전력을 공급하고 있으며 선로 운영상 배전 선로의 중성선을 일정 구간 마다 3선 일괄 접지하는 다중 접지방식을 채택하고 있다. 이러한 다중 접지방식은 동심 중성선을 대지에 직접 접지하기 때문에 지락 사고시 건전상의 전압 상승이 적어 전력 설비의 절연 및 지락 전류의 검출이 용이하고 보호 계전기 등이 신속하게 동작한다. 계통 사고 등으로 인하여 동심 중성선의 전위가 상승되는 것을 방지하고자 케이블 접속 구간마다 동심 중성선을 일괄 접지하는 방식으로 배전 계통을 운영하고 있다. 이는 지락 사고시에는 동심 중성선의 대지 전위 상승을 일정값 이하로 제한하여 안전하게 유지하기 위해서이다. 그러나 지중 배전 선로에서 각 상(A, B, C상)의 부하가 불평형이 되는 것은 물론 평형일 경우에도 동심 중성선에는 부하 전류에 41.5%(전력구)-51.6%(관로)의 동심 중성선 순환 전류가발생되고 있기 때문에 순환전류로 인한 손실이 도체 손실의 76%에 달하며, 이러한 손실 전력으로 케이블의 내부 온도가 상승되어 케이블의 전류 용량이 관로의 경우 20% 정도 감소하게 된다. 본 연구는 이같은 문제점을 해결하는데 목적이 있다.
가로등 누전으로인한 많은 인명피해 발생에따른 가로등 지중전선로의 위험성을 실측한 것으로 지역별 접지저항값은 많은 차이가 있었으며 지락지점으로부터 떨어지면 전위차는 현저히 감소하였다. 실제 대지로 빗물의 유입이 많은 장마철에서도 인접 철구조물로 가상되는 Pipe의 대지전위 상승값은 우려 할 만큼 위험한 수치에 이르지 않았다. 또한 IEC의 안전전압규정은 인체가 완전히 젖어 있는 상태에서 25[V]이하로 규정하고 있는바 이를 확인하였다. 지락지점에서 일정한 거리를 두고 측정한 접지극이나 구조물에 대한 누설전류의 값은 매우 미미하였으며, 지중전선의 지락전류는 220[V]에서 200[mA]까지 허용되어도 가능한 것으로 확인되었다.
전력설비에 대한 접지시스템의 근본 목적은 인체에 대한 안정성의 확립과 설비의 기능 향상을 위하여 사고 발생 시 고장 전류를 대지로 안전하고 신속하게 방전시키는데 그 목적이 있다. 풍력발전기 접지설계 시 고려해야 할 중요한 설계 요소는 토양조건, 대지저항률의 측정과 분석, 고장전류, 안전전압 결정 등이 있으며, 이러한 설계 파라미터 가운데 대지저항률은 접지설계 방법 및 물량에 미치는 영향이 결코 작지 않으므로 이에 대한 정확한 측정과 분석을 통하여 효율적인 접지 설계를 시행할 수 있어야 한다.
전력산업의 초기부터 전력설비들의 내부와 주변에서 사람의 안전은 주요 관심사가 되어왔다. 사람의 안전에 영향을 미치는 메커니즘은 전력설비의 고장동안 접지된 구조물 주위에서 대지전위의 상승과 사람이 접지된 구조물과 접촉 가능성으로 인해 전압이 사람에게 인가된다. 우연한 접촉의 결과로 인체를 통과하여 흐르는 50 또는 60Hz 전류는 안전을 확보하기 위해 그 크기와 통전시간이 심실세동을 일으키는 수치 미만이어야 한다.(중략)
전력산업의 초기부터 전기설비의 주변에서 사람의 안전은 중요한 관심사가 되어왔다. 전격사고의 대부분은 충전설비의 고장으로 누전이 되어 대지전위의 상승 또는 충전부와 접촉함으로써 허용치를 초과하는 인체전류의 크기와 통전시간에 의해 사람의 안전에 부정적인 영향을 끼친다. 세계 각 국에서는 전격모델과 관련된 안전기준을 마련하여 전격 위험성 분석 및 평가를 시행하고 있다. 그럼에도 불구하고 국내에서는 전격사고로 인한 사망, 부상 등의 인명피해와 그 재산피해가 증가하고 있다.(중략)
정보통신설비의 피뢰설계는 정보통신기기 동작의 신뢰성을 향상시키기 위해서 매우 중요한 요소이다. 특히, 뇌격전류에 의한 접지전극의 과도전위상승은 전원설비 및 정보통신기기의 절연내력의 기초 자료가 되기 때문에 정확한 해석이 요구된다. 접지전극의 과도전위상승은 접지임피던스로부터 계산되어지며, 접지임피던스는 접지전극의 형상과 토양의 주파수의존성에 크게 의존적이다. 토양의 주파수의존성은 인가된 전계에 의한 토양의 유전체 특성을 해석할 수 있는 디바이식을 적용하였다. 또한 접지임피던스로부터 과도전위상승을 계산하는 방법을 제시하였다. 디바이식을 적용한 과도전위상승 결과를 분석하기 위해서 전송선로 모델과 대지저항률이 일정한 경우에 대해서 각각 시뮬레이션을 수행하였다. 수평접지전극은 30 m이며, 표준 뇌격전류파형에 대해서 대지저항률이 10, 100, $1000{\Omega}{\cdot}m$에 대해서 각각 분석하였다. 그 결과 디바이식을 적용하여 계산된 수평접지 전극의 과도전위상승이 다른 모델의 경우보다 더 낮게 나타났다.
본 논문에서는 효과적인 접지그리드 설치기법에 대하여 기술하였으며, 낙뢰나 지락고장서지, 개폐서지 등으로 부터 인체의 감전보호나 컴퓨터를 비롯한 전기·전자기기의 보호를 위한 접지그리드의 시설 및 배치방법에 따른 실험적인 평가를 수행하였다. 접지그리드의 배치에 따른 대지표면전위경도의 분석과 위험전압으로 작용하는 대지 표면전위상승의 억제에 주안점을 두고 실험용 모델접지전극을 시설한 후 임 펄스전류를 인가하였다. 기존의 등간격 접지그리드의 결점을 보완하기 위해 접지그리드에 경사를 가지는 보조접지그리드를 시설하였으며, 보조접지그리드를 시설한 접지시스템에서는 인체나 전기·전자기기에 위험전압으로 작용하는 대지표면전위경도를 최대 50%이상 완화시키는 효과를 얻었다.
본 고에서는 배전선로에서 고저압 혼촉시 수용가의 배전선의 대지전위상승을 압제하기 위한 2종 접지전극으로서 도시에 광범위하게 망상으로 지중에 매설되어 접지저항도 대단히 낮은 값을 갖고 있는 수도관을 지금 접지전극으로 사용하고 있는 동판 대신에 이용할 경우의 제반현상을 대상으로 하였다. 즉 수도관을 2종접지전극으로 이용할 시의 수도관에 미치는 부식문제, 수도사용자에 대한 위험성검토, 수도관의 접지저항과 접지효과등을 검토하였다.
본 연구실험은 특고배전방식에 대한 제문제중 특히 아래 세 문제에 중점을 두어 기초적자료를 구하는데 연구의 목적을 두었다. 1. 고저압선의 혼촉사고시 중성선의 대지전위상승에 대하여 2. 고압선의 1선지락고장시(특히 고저항접지) 지락저학의 변화와 접지사고검출방법에 대하여 3. 연접한 통신선의 유도장해에 대하여 연구한다.
급전시뮬레이션과 함께 수행될 수 있는 '레일 전위 상승 분석을 위한 컴퓨터 알고리즘'이 제안되었다. 본 알고리즘에서 레일전위상승 분석은 2 단계로 진행된다. 첫 단계에서는 급전시스템의 조류해석을 수행하여 차량 및 변전소에서의 인젝션(injection) 전류를 구한다. 두 번째 단계에서는 급전시스템의 등가회로에서 변전소 및 차량을 전류 소스로 대치하고 레일의 대지로의 누설 저항이 삽입된 등가회로를 다시 구성한다. 새로 구성된 등가회로를 해석하여 변전소 및 차량 위치에서의 레일 전위를 구한다. 알고리즘의 타당성을 분석하기 위하여 컴퓨터 프로그램을 작성하여 레일전위상승을 구하였고 동일한 시스템을 대상으로 MatLab 사의 Simulink/SymPowerSystems 소프트웨어를 이용하여 레일전위를 구하였다. 2가지 방법에 의한 결과를 상호 비교 분석한 결과는 그 오차가 허용범위 내에 있음을 보여주었다. 본 알고리즘은 급전시뮬레이션과 연동하여 수행될 수 있는 장점을 가지고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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