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[알기 쉬운 뇌대책의 기본 및 기술 ⑥] 알기 쉬운 뇌대책의 기본 및 기술
2013년 11월 5일 (화) 00:00:00 |   지면 발행 ( 2013년 11월호 - 전체 보기 )

[알기 쉬운 뇌대책의 기본 및 기술 ⑥]
알기 쉬운 뇌대책의 기본 및 기술


(1) 직격뢰 대응 Ⅰ등급 SPD를 이용한 뇌대책
① 이동무선국에 발생하는 뇌전류 크기
<표 1>에 나타낸 것은 KS C IEC 61321-1(2011)에 규정된 뇌전류의 크기와 KS C IEC 62305예(2007) 규정된 보호레벨, 보호효율의 관계이다.
보호레벨Ⅰ은 전체 뇌방전(낙뢰)의 98%를 대상으로 하며 뇌전류의 최대치는 200㎄이다. 보호레벨Ⅱ~Ⅳ의 뇌전류 최대치는 보호레벨Ⅰ의 75%(150㎄) 및 50%(100㎄)로 낮아진다. 보호레벨의 선정은 KS C IEC 62305 (2007)에 따르면 일반건축물은 레벨Ⅳ를, 화약, 가연성액체, 가연성가스 등의 위험물의 저장에 사용되는 건축물에는 레벨Ⅱ를 최저기준으로 해야 한다. 그러나 입지조건, 건축물의 종류 및 중요도에 비례하여 보다 높은 레벨을 적용해야 한다고 규정되어 있다. 이동무선국은 일반건축물 보다 높은 보호레벨Ⅲ를 선정해야 한다. 뇌전류의 크기(최대치)는 <표 1>에 따라 100㎄(10/350㎲)이다.
 
② 보호레벨Ⅲ인 경우, 인입반의 SPD에 흐르는 뇌전류의 크기
<그림 1>은 보호레벨Ⅲ인 이동무선국 100㎄(10/350㎲)의 낙뢰가 발생하였을 때 인입반SPD에 흐르는 전류파의 크기를 나타낸 것이다. KS C IEC 61321-1(2011), KS C IEC 61643-12(2007)에 따르면 외부 뇌보호시스템(피뢰침)을 설치한 건물의 SPD에 흐르는 전류의 분포는 일반적으로 접지의 직류저항값(예를 들어 건물의 접지, 관 및 배전기기의 접지)을 이용하여 결정한다. 무선국의 접지저항 Re=10Ω, 전력회사의 주상변압기 B종접지저항 Rn=65Ω이라면 인입반 SPD를 통과해 주상변압기 B종접지로 분류되는 뇌전류는 전체 뇌전류(100㎄)의 13.3%(13.3㎄) 이다. <그림 2>는 개별 접지되어 있어 계산이 불가능한 경우의 예를 나타낸 것이다. 개별 접지되어 있어 계산이 곤란한 경우에는 전체전류(100㎄)의 50%가 해당건축물의 접지로 유입되고 남은 50%는 건축물의 인입선/인입관(저압배전선 및 통신선, 수도관 등의 금속파이프 등)에 분류되는 것으로 가정하여 계산한다. SPD 등에 연속 접지시킨 경우, 전화선에 흐르는 전류는 전체전류의 5%(5㎄)를 최저값으로 하여 가정한다. 남은 45%는 수도관 등의 금속파이프 및 저압배전선(전력선)으로 흘러 들어간다. 그러나 건축물의 외부에는 일반적으로 가스관이 없고 수도관도 비금속이기 때문에 저압배전선(전력선)으로 대부분의 뇌전류가 흐른다. 저압배전선 등 차폐되지 않은 케이블의 개개의 도체에 흐르는 전류는 케이블에 흐르는 전체 전류를 도체수로 나누어 계산한다. <표 2>는 피뢰침에 낙뢰가 발생한 이동무선국 전원 인입반의 SPD에 흐르는 뇌전류의 크기를 나타낸 것이다. <표 2>에 따르면 보호레벨Ⅲ이며 개별 접지되어있어 계산이 곤란하고 전원 인입이 단상 2회선인 회로인 경우, 이동무선국의 SPD에 흐르는 뇌전류는 최대 22.5㎄(10/350㎲)가 된다.



 
③ SPD의 선정에 대하여
이동무선국 전원인입반의 SPD에는 최대 22.5㎄(10/350㎲)의 뇌전류가 흐를 가능성이 있기 때문에 22.5㎄(10/35㎲)의 뇌전류에 견딜 수 있는 SPD를 <표 3>에서 선정하여 사용하면 된다.
④ Ⅰ등급SPD(오토와전기공업㈜의LD-C22EFS)를 이용한 대책
<그림 3>은 직결뢰 대응 산화아연형 Ⅰ등급 SPD(LD-C22EFS: 그림 4)를 사용한 이동무선국의 뇌대책 강화의 일예를 나타낸 것이다.
(2) 내뢰변압기와 고내압피뢰기를 이용한 대책
내뢰변압기를 이용한 뇌보호의 문제점은 낙뢰가 크기 때문에 무선국의 전위가 상승하여 내뢰변압기의 절연이 파괴되는 현상이다. 뇌는 자연현상이라 내뢰변압기의 절연강도를 무한정 높일 수 없어 해결이 쉽지 않다. 고내압피뢰기를 이용하여 내뢰변압기의 절연파괴를 예방하는 방법이 있어 이를 소개하고자 한다. 오토와전기공업주식회사의 고내압피뢰기 GLSB2X는 고압용 산화아연소자가 내부의 장착된 기준 전압(동작개시전압) 20㎸ 정도의 피뢰기이다. <표 4>에, <그림 5>에 특성 및 외관 사진을 나타내었다. <그림 6>은 고내압피뢰기 GLS-B2X를 내뢰변압기에 내장시킨 대책의 일예를 나타낸 것이다. 무선국에 낙뢰가 발생하면, 무선국의 전위는 뇌전류와 무선국의 접지저항을 곱한 값만큼 높아진다. 전위가 높아져 고내압뢰기의 기준전압 이상이 되면 피뢰기가 동작하여 내뢰변압기에 인가되는 전위차가 내뢰변압기의 절연저항 이하로 제한되기 때문에 내뢰변압기의 절연파괴를 방지할 수 있다. 이 때, 주상변압기 B종 접지의 전위도 상승하지만, 고내압피뢰기의 기준전압을 초과하는 전위만 인가되기 때문에 주변 민가의 전기기기에 미치는 영향도 크게 낮아진다.


내뢰변압기와 고내압피뢰기를 이용한 대책의 효과는 <그림 7>과 같다. 낙뢰로 인한 무선국의 전위 상승 및 내뢰변압기에 인가되는 전위차 그리고 자상변압기 B종접지에 인가되는 전위차의 관계를 나타내었다. 고내압피뢰기는 무선국의 전위가 20㎸를 넘어서면 동작한다. 내뢰변압기에 인가되는 전위차를 내뢰변압기의 절연파괴전압인 30㎸ 이하로 제한하여 내뢰변압기의 절연파괴를 방지한다. 그리고 고내압피뢰기가 동작한 경우에도 주상변압기 B종접지에는 20㎸를 초과했던 부분의 전위만 인가된다. 따라서 주상변압기 B종접지로부터 저압배전선을 경유하여 주변 민가의 전기기기로 침입하는 뇌전류가 억제되기 때문에 민간의 피해 발생을 낮추는 것이 가능하게 된다. 내뢰변압기와 고내압피뢰기를 조합한 예를 <그림 8>에 나타내었다.

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