낙뢰 대책은

피뢰기와 가공지선 등 병행해야 바람직

Q. 우리가 사용하는 발전기에 있어 그냥 지금껏 60Hz가 나온다고 당연히 생각하고 지내왔습니다. 그런데 어떻게 60Hz가 만들어지는지 갑자기 궁금합니다.

단순히 Hz=rpm×(극수/120)이 식으로 극수 및 회전수 조정으로 60Hz가 만들어지는 것 말고 발전기 회전자 및 극수에 따라서 어떻게 주파수가 만들어지는지 궁금합니다.

A. 발전기의 구조를 생각하면서 이해를 하세요. 발전기에는 크게 3개의 Coil을 120도씩 배치를 하고 그 속에 자석을 넣어 돌려주면 전기가 발생하는데 그 나오는 전기를 R, S, T 3상이라 합니다.

그리고 그 3개의 Coil이 각각 몇 개의 덩어리로 만들어졌냐가 극수입니다. 하여 각상 Coil 하나가 180도로 두 덩어리이면 2극이고 90도로 4덩어리이면 4극이고 60도로 6덩어리이면 6극입니다. (360도를 Coil 덩어리로 나누어 배치)

그 덩어리는 N극과 S극이 되어야 하니까 짝수이어야 합니다. 이 속에다 자석 N과 S를 넣어 회전을 시키는것이 발전기입니다. 그러면 두 개(2극)의 덩어리일 경우 이 자석을 1초에 몇 번 돌려 주냐가 주파수입니다. 1초에 60번 돌려주면 60Hz이고 50번 돌려주면 50Hz가 되는 것입니다.

그것을 1분으로 하면 60을 곱하여 주어야 하니까 회전수가 나오겠지요. 만약 4덩어리 4극일 경우엔 30번 돌려주면 2극의 2배이니까 2극과 똑같이 60Hz가 되는 것입니다. 6극일 경우엔 20번, 8극일 경우에 15번입니다. 먼저 극수에 따른 Coil 배치를 생각하시길 바랍니다.

Q. 1. Y 결선 직접접지에서 한선이 지락이 되면 건전상의 대지 전압상승이 작다고 하는데 이론상 1.3배 이하일 때 한선이 지락이 되면 중성점이 지락상으로 바뀌므로 건전상의 대지 전압은 루트 3배 증가하는 것 아닌가요? 또한 지락된 상은 대지와 등전위가 되어 0V가 되어 전위가 발생되지 않으므로 전류가 없어야 하지 않나요? 그런데 직접 접지에서 대전류가 흐른다고 하는데, 제 생각엔 아무리 직접접지지만 0옴이 아니므로 작은 저항값에 지락전의 대지 전압이 저항값의 양단에 걸려서 큰 전류가 흐른다는 생각이 맞나요? 잘 모르겠어요.

어떤 글을 읽으면 ‘저항이 있고 전류가 있으면 전압이 생긴다’라고 되어 있는데 전류 또한 전압이 형성되어야 흐르지 않나요?

2. 2종접지 원리에 대해 보다가 150, 300, 600V가 있는데 이들 값은 어디와 어디의 전위차인가요? 지락전류가 흘러 지락전류 값에 대한 대지 전압이라고 되어 있는데요. 고저압 혼촉이 되면 2차 측 선간전압도 고전압이 되나요?

고저압 혼촉시 저압측의 선간이 고압이 된다면 대지 전압도 고압/루트3(V)가 되지 않나요? 그럼 위의 150, 300, 600V은 뭐죠?

A. 1. 1선지락시 건전상 전위상승은 중성점접지를 하지 않았다면 루트 3배(중성점전위 이동에 의한 루트3배+지락전류×지락저항) 이상일 수 있습니다.

그러나 중성점 직접접지 시 유효접지계통은 1.3배 이하로 억제가 됩니다. 중성점 접지를 통해 1선지락시 건전상 저항보다 중성점 저항이 훨씬 낮아 지락전류의 분배가 감소되어(중성점으로 거의 흘러) 건전상 전위상승이 루트 3배가 안 되는 것입니다.

2. 150, 300, 600V의 의미는 고저압 혼촉시 예를 들어 22.9Kv라면 대지전압 13,200볼트가 그대로 2차 측으로 전달되기 때문에 중성점 접지를 통해 막는 것이지요.

즉 옴법칙에 따라 150=지락전류×접지저항 여기서 150, 300, 600V는 변압기 2차 측 즉 저압이 되지요. 380V의 대지전압 220V 그래서 220+150=370V 즉, 적어도 루트 3배 이상은 되지 않게 하는 측면 같고요.

300+220=520V, 600+220=820V 자동차단장치의 동작조건에 따라 분류한 것이죠. (동작시간 2초, 1초) 지락시 차단동작이 확실하다면 즉 빠르다면 대지전위 820볼트에도(1초 이내에 차단된다면) 적어도 저압측 기기의 손상이나 감전을 막을 수 있다 판단되어 지는것 같습니다.

참고로 어떠한 저항에 전류가 흐르면 전압이 형성되는것은 당연한 것이구요. (옴법칙에 의해) 지락시 대지(0전위)와 지락상의 쇼트이므로 전류가 흐르겠죠. 그러나 지락점의 저항이 있으므로 전압이 형성될 것이고요. 전위 상승이겠죠.

Q. 1차 입력측 380V 상태에서 Y-델타 기동이 불가능하다고 하는데 이유가 궁금합니다. 모터는 220/380V 겸용이고요.

A. 전동기를 제작하기 나름이겠지만 일반적인 전동기를 예를 들자면 220/380V 겸용 모터라는 것은 전동기가 380V에서도 동작하고 220V에서도 동작하는 것은 아닙니다.

선간전압이 380V(고전압)이면 Y 결선하고 선간전압이 220V(저전압)이면 델타결선하라는 의미입니다. 그렇게 되면 어느 것이나 코일 양쪽에는 220V가 공급하게 됩니다. 일반적으로 11kW 미만의 전동기가 이런 식으로 제작됩니다. 그 이상의 전동기는 380V 전용입니다.

220/380V 전동기를 Y-D 결선을 하게 되면 기동 시에는 관계없으나 델타로 넘어가게 되면 코일 양쪽에는 380V가 인가되어 전동기가 소손됩니다.

Q. 델타-델타 변압기의 접지와 관련해서 검색을 해보니 대부분 특고/고압, 특고/저압의 경우에 설명으로 저압 300V 이하의 경우 1상에 2종 접지를 한다고 하던데요!!

우리 회사가 6축로봇 때문에 동력반에서 1차 전압 380V를 받아 델타/델타 2차 220V(100KVA) 변압기를 사용 중입니다. 그런데 노동부에서 안전 관련해서 접지에 대해 지적을 받았는데요. (접지가 안 되어 있더군요!!)

수전은 22.9kV/380V 델타/스타 950KVA이구요. 2차 중성점 접지 되어 있구요. 전기안전관리하시는 분께 여쭙고 싶지만 제가 먼저 알아보고 싶은 게 있어서요.

1. 2차(220V) 3상 모두에서 검전드라이버에 램프가 켜져요! 정상인가요?

2. 저희 회사의 저압 델타/델타의 경우 외함 접지 해야 하는가요? 만약 해야 한다면 3종 접지가 맞나요?

3. 2차측 1상에 2종접지를 해야 하나요? 만약 해야 한다면 변압기 차단기는 누전차단기로 바꿔야 하나요? 바꿔야 한다면 1차/2차측 어느 쪽인가요?

길고 긴 질문에 답변해 주신다면 정말 감사 드리겠습니다.

A. 1. 정상입니다.

2. 전기기기의 외함은 접지를 해야 합니다. 3종 맞습니다.

3. 델타결선이라도 300V 이하이므로 2종 접지를 하셔야 합니다. 델타결선은 보통 비접지 계통인데, 2종 접지를 하여 접지계통으로 가게 되면, 많은 것이 바뀌어야 합니다.

비접지 계통의 지락보호에 사용되는 지락과전압계전기, 선택지락계전기 등이, 지락과전류계전기로 바뀌어야 하고 이렇게 되면 주배전반의 CT, PT회로 전체를 변경해야 하는 복잡한 상황이 됩니다.

기존의 변압기 2차 측 배선차단기를 누전차단기로 교체해야 하는데, 메인 측에선 교체할 필요는 없고 부하말단에서 누전차단기로 교체해야 합니다. 여기까진 봐 줄 만하더라도, 부하 말단까지 접지선을 전부 새로 깔아야 합니다.

Q. 변압기 500KW에, 저압배전반 - 600A 메인 , 부하 300A 3라인 콘덴사메인 50A(위 사진)에 콘덴서 20KVAR 부하연결됨(삼화 아님), 부하는 용광로150KW 2기, 프레스 100KW 1기(기동부하로 인하여 300A로 교체) 콘덴서 증상 심한 떨림, 소음 발생 수분 후 차단기에서 연기발생, 차단기 1차 측 10SQ 전선 소손되면서 메인 차단기 트립됨. 1차 예상 원인은 고조파로 판단됩니다. 고조파 대응법을 구합니다. 차단기 2차가 아닌 왜 1차 측이 소손된 것인지 의문입니다.

A. 이것은 어디까지나 추정입니다. 2차가 아닌 1차 측이 소손된 것은 원인이 1차에 있다는 것입니다. 단락 시에 가장 약한 부분에서 그 현상이 나타납니다. 전선과 단자의 접촉 불량에 의하여 R상의 전선이 용융이 되면서 T상과 단락 순간적으로 3상 단락사고가 발생한 것으로 추정합니다. 원인 추정 시에 1차 차단기에 연결된 전선의 상태를 보면 도움이 됩니다.

유도로 및 고조파 발생 부하에 진상용 콘데서 사용 시 차단기 소손보다는 5고조파 전류에 의한 차단기 트립이 가장 흔한 현상으로 나타나는 걸로 알고 있으면 위 사진을 봐서는 고조파와는 연관이 먼 것 같습니다.

Q. 여름철 궁금한 게 있어서 이렇게 글을 올립니다. 비와 낙뢰의 영향으로 회사의 순간 정전 시 대체 요령이 궁금합니다. 또 낙뢰 발생 시, LA가 정전을 막아 대지로 흘려 준다고 알고 있는데 저의 부족한 소견에 대한 답변도 부탁 드립니다. 만약 그렇다면 피뢰기가 많으면 좋은 건가요? 완전 초보가 들어도 알아듣기 쉬운 답변 부탁 드립니다.

A. 뇌의 보호대책은 피뢰기만으로 이루어지는 것이 아니라 가공지선과 피뢰기(요즘 점차 시설이 늘어가는 전선혼) 등의 기기와 병행하여 뇌의 보호대책을 세우는 게 바람직하다고 생각됩니다.

전선로의 기기가 많아서 좋은 점도 있겠지만 관리운영상 어려움도 있습니다. 그리하여 가장 경제적으로 운용하는 것이 바람직하다 할 수 있겠습니다.

피뢰기는 전선로의 경제적 운용에 일익을 담당하는 기기입니다. 피뢰기를 설치함으로써 BIL(기준충격절연강도)의 저감을 가능하기 때문에 전선로의 건설비를 작게 할 수 있습니다.

피뢰기는 절연이 약한 기기류(대표적인 게 변압기입니다.), 전력계통에 중요한 기기(개폐기나 변압기), 고장이 나면 복구에 상당한 시간을 요하는 기기(케이블은 자재수배부터 어려움이 따르죠) 등을 보호 하는 것이 목적이라 할 수 있습니다. 그리하여 비경제적으로 과다하게 설치를 할 필요는 없다고 할 수 있겠습니다. 기기류가 많을수록 관리의 어려움이 따르지요. 한전의 배전선로에 보면 매 전주마다 피뢰기가 설치되어 있지는 않지요. 한전 기준에는 IKL지수 11일 이상 지역에 설치된 주상변압기에 설치하나 200m 구간 내에 피뢰기가 설치되어 있을 경우 생략가능 합니다.

Q. 1. 만약 변압기가 6,600/380/220V이고 모든 부하는 병렬로 연결하여 선로의 전압강하를 무시 하였을 때 병렬이므로 부하에 걸리는 전압은 전부 380V, 220V가 부하 양단에 걸리지 않나요.

2. 부하단 부하가 저항부하일 경우 소비전력이 400W 이면 전압은 220V가 걸리고 전류는 1.81A가 흐릅니다. 실제 저항부하에 흐르는 전류의 전압이 다운되면 저항이 일정하므로 전류공급이 다운되어 저항 부하인 히터, 램프 등은 전기에너지 소비가 작아져서 즉 시간당 흐르는 전하량이 작아져서 불이 안 들어 오지 않나요.

3. 그런데 궁금한게 하나가 부하전류가 증가하면 부하단 전압이 다운된다는 것이 순수 저항부하가 아닌 L성분이 있는 유도전동기 및 코일과 저항 성분이 공존하는 임피던스에서 일어나는 건가요.

4. 예)소비전력이 400W 유동전동기가 무부하시 전압은 220V이고, 부하시 전압이 대충 210V라고 하면소비전력이 400W이므로 전류가 증가하였기에 부하단 전압은 다운되어 210V가 걸린다. 제 말이 맞는 건가요.

5. 그럼 베어링 및 회전축 등에서 부하시 전압강하의 원인이 되겠군요.

A. 1. 맞습니다.

2. 맞습니다.

3. 아닙니다. 전압강하는 저항부하, 유도부하에 상관없이 선로에 흐르는 전류의 크기에 비례하고 전원에서 부하까지의 거리에 비례하고 선로의 단면적에 반비례합니다. 부하에 저항성분만 있든, 유도성분이 포함되었든, 상관없이 전압강하는 일어납니다.

4. 맞습니다. 유도전동기의 경우, 일정치까지 전압이 떨어지면 슬립이 상승하여 전류가 상승하므로 전압강하가 상승합니다. 슬립이 1이 되어 모터가 정지시에 최대 부하전류가 흐르고, 그 이후에 전압이 하강하면 전류도 하강합니다. 하지만 일반 저항부하에서는 전압이 떨어지면 슬립개념이 적용되지 않으므로 전류도 떨어져서 소비전력도 적어집니다.

5. 베어링 불량이나 회전축 센터의 불량 등의 요소는 부하를 증가시키고 슬립을 상승시키는 요소이므로 부하전류가 더 걸리게 되어 전압강하의 원인이 될 수 있습니다.

Q. 변압기 22.9KV/380-220V, %Z=6입니다. 3상 1250KVA입니다.

ACB 4P 600V 2,500A 75KA입니다. 제가 KA값을 구할려고 하는데 단락전류는=100/%ZX변압기용량/(루트3X380)인 걸로 알고 있습니다.

계산해 보면 31.65KA가 나옵니다.

자 여기서 질문입니다!!!

1. 제가 구하는 식이 맞나요?

2. 계산값보다 ACB차단기의 KA가 높아야 되는건 알고 있는데 75KA면 너무 높은 것 아닌가요? 50KA를 사용해도 되지 않나요??

A. 1,250KVA의 2차 전류는 대략 1,894A입니다. 그런데 ACB의 정격이 2,500A 입니다.

원칙적인 계산을 하면 2,000A짜리 ACB가 달려도 되겠지요. 하지만 전동기 부하가 많은 곳에는 정격전류의 1.5배 정도의 여유가 있는 차단기를 선정하겠죠.

하여 2,500A차단기를 선정하여 시설하였을 겁니다. 따라서 정격차단전류(KA)도 여유를 주었다고 생각합니다. 2,500A로 본다면 KA수가 42KA정도 나오므로 1.5배의 여유를 두었다면 61KA가 나오고 그래서 직권상위의 KA수를 선정하다 보니 75KA가 되었다고 생각합니다.

Q. 수전 500KW에 시험설비로 210KW, 440V 펌프가동을 리엑터 기동으로 이것만 돌릴 때 변압기에 부담이 안 될까요?

A. 크게 문제가 없습니다. 리액터 기동하면 직입기동의 60%, 정격의 약 3.6배 정도 전류가 흐를 것입니다. 이것은 변압기의 1.5배 정도이고 그때의 전압강하는 변압기의 Z%가 5%일 경우 440V 전압이 5×1.5(7.5%)의 전압강하가 생길 것입니다. 7.5%의 전압강하는 변압기와 다른 부속Part(Magnet 등) 전기기기에 크게 영향이 없습니다.(기본적으로 전기기기는 ±10%까지는 사용 할 수 있습니다.)