피뢰기(서지 보호기, 또는 Lightning Arrester)의 정격전압을 선정할 때는 시스템의 보호 목적에 부합하는 안전하고 효율적인 성능을 확보하기 위해 다양한 요소를 신중하게 고려해야 합니다. 피뢰기의 정격전압은 피뢰기가 정상적인 운전 상태에서 지속적으로 견딜 수 있는 최대 전압을 의미합니다. 이 정격전압은 전력계통의 전압 등급, 계통의 중성점 접지 방식, 과전압 조건 등을 고려하여 선정됩니다.
1. 계통의 정상 운전 전압
피뢰기의 정격전압은 계통의 정상 운전 전압보다 약간 높은 값으로 설정되어야 합니다. 이는 피뢰기가 정상 운전 시 발생할 수 있는 약간의 과전압에도 견딜 수 있어야 하기 때문입니다. 보통, 시스템의 정상 전압은 명목상의 계통 전압보다 5~10% 정도 높을 수 있으므로, 이를 감안하여 피뢰기의 정격전압을 선정해야 합니다. 예를 들어, 22.9kV 배전계통에서 일반적인 정상 운전 전압은 약 24kV로 예상되며, 이 경우 피뢰기의 정격전압은 이보다 높은 27kV나 30kV로 설정됩니다.
2. 계통의 중성점 접지 방식
계통의 중성점 접지 방식에 따라 피뢰기의 정격전압이 달라집니다. 접지 방식에 따른 정격전압 선정 기준은 다음과 같습니다.
유효접지 시스템(중성점 직접 접지): 이 경우 단상 지락 사고 시 나머지 상전압이 거의 변하지 않으므로, 피뢰기의 정격전압은 계통의 상전압에 가깝게 설정할 수 있습니다. 예를 들어, 22.9kV 유효접지 계통의 경우 정격전압을 24~27kV 정도로 설정할 수 있습니다.
비접지 시스템(또는 소호리액터 접지): 비접지 계통에서는 단상 지락 사고 시 다른 상의 전압이 높아질 수 있습니다. 이로 인해 피뢰기는 더 높은 전압을 견뎌야 하므로, 계통의 상전압보다 높은 정격전압을 설정해야 합니다. 일반적으로 이 경우에는 상전압의 1.5배 정도로 정격전압을 설정합니다.
저항접지 시스템: 저항접지 계통에서는 단상 지락 시 발생하는 과전압이 유효접지 시스템보다 크지만, 비접지 시스템보다는 낮습니다. 따라서 정격전압은 중간 수준으로 설정해야 하며, 보통 상전압의 1.2~1.3배 정도로 설정됩니다.
3. 일시 과전압(TOV, Temporary Over Voltage)
일시적인 과전압은 주로 선로에서 발생하는 지락, 개폐 및 고장 상황에서 발생할 수 있습니다. 피뢰기의 정격전압은 이러한 일시적인 과전압에 견딜 수 있도록 선정되어야 합니다. 특히, 계통에서 발생할 수 있는 일시 과전압(TOV)의 크기와 지속 시간에 대한 분석이 필요합니다. 피뢰기는 TOV 동안의 전압에 버티지 못할 경우 조기에 파괴될 수 있으므로, 이를 충분히 고려하여 정격전압을 결정해야 합니다.
4. 기타 고려 사항
기능적 요구사항: 피뢰기의 기능적 요구사항에 따라 정격전압을 선택해야 합니다. 피뢰기의 목적이 주로 외부에서 유입되는 낙뢰 서지에 대한 보호인지, 내부 개폐 서지 보호인지에 따라 정격전압 선택에 차이가 있을 수 있습니다.
환경적 조건: 피뢰기가 설치되는 지역의 환경 조건(예: 고도, 온도, 습도 등)도 고려되어야 합니다. 극단적인 기후 조건에서 피뢰기의 성능이 저하될 수 있으므로 이러한 조건에서 피뢰기의 정격전압을 어떻게 설정할 것인지에 대한 추가적인 고려가 필요합니다.
제조사 권장 사항: 각 제조사마다 피뢰기의 설계와 성능 사양이 다르므로, 제조사의 권장 사항과 설치 매뉴얼을 참고하여 적절한 정격전압을 선정하는 것도 중요합니다.
5. 실제 정격전압 선정 사례
예를 들어, 22.9kV 배전계통에서 피뢰기를 선정하는 경우를 고려해 보겠습니다.
계통 전압: 22.9kV
정상 운전 전압: 24.2kV (명목 전압보다 약 5% 상승)
중성점 접지 방식: 유효접지
예상되는 일시 과전압: 1.4배까지 상승 가능
이 경우, 피뢰기의 정격전압을 27kV 또는 30kV로 설정하는 것이 적절합니다. 이는 피뢰기가 정상 운전 전압을 견딜 수 있도록 하며, 일시적인 과전압에도 충분한 여유를 제공할 수 있기 때문입니다.
피뢰기의 정격전압 선정 시 고려해야 할 주요 사항은 다음과 같습니다 계통의 정상 운전 전압을 고려하여 피뢰기의 정격전압을 결정. 계통의 중성점 접지 방식에 따라 피뢰기의 정격전압을 달리 설정. 일시 과전압(TOV)을 견딜 수 있는 수준으로 정격전압을 설정. 환경적 조건, 기능적 요구사항, 제조사의 권장 사항 등을 종합적으로 검토. 이러한 요소들을 종합적으로 고려하여 피뢰기의 정격전압을 설정함으로써, 전력 설비를 안전하게 보호할 수 있습니다.