접지설계 계산서 1선 지락전류 정하기

접지설계 계산서 1선 지락전류 정하기 

Grounding calculation

접지설계 계산서 1선 지락전류 정하기

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1. 문제상황
접지 설계 계산서를 작성중입니다. 우선 계산을 하기 위하여 1선지락전류가 필요한데 1선지락전류 공식에 필요한 값들을 아무것도 알지 못하여 임의로 정해야 합니다. 22.9KV  1선 지락전류를 임의의 값으로 얼마정도 해야 적당할까요?
(22.9kv로 받아서 380v으로 배전)

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2. 방법
(1)

한국전력 22.9kV 계통의 단락전류가 12.5kA 이므로 고장전류를 If=12,500kA로 간주하던지,

한국전력 공급변전소 주변압기 154㎸/22.9㎸, 45/60MVA
변압기 %임피던스[%리액턴스 j14.5(100MVA기준 : )]만 고려하여

If= 3 x {100/(Z1 + Z2 + Z0 + Zf)} x 기준전류[A]

= 3 x {100/(Z1 + Z2 +Z0 + 3Rf)} x (100,000kVA / √3 x 22.9kV)

= 756,354 / (j32.2 + J32.2 + j32.2 + 3x0) = 756,354 / 96.6 = 7,829 ≑ 8,000

그러므로 1선 최대지락전류 : 8,000[A] 으로 선정하면 됩니다.

여기서, V : 선간전압[㎸], Z1, Z2, Z0 : 고장회로의 정상, 역상, 영상 %임피던스(100 MVA base)이며, Z0에서 지락저항은 0[Ω]으로
산정한다.

(45MVA가 14.5이므로 100MVA로 환산하면, 14.5 x (100/45)=32.2 가 됩니다. )

접지설계 계산서 1선지락전류 선정

(2)
접지 설계에서 필요한 고장전류는 인체에 해를 주는 가장 큰 사고전류를 선정해서 접지설계를 해야 합니다. 현재 문의한 Project
계통의 고장전류를 파악하여야 합니다.
22.9kV로 수전하여 필요시 6.6kV 계통이 있을 수 있고 그 다음에는 저압계통이 있습니다. 단지 고장전류(BUS에서 발생하는 지락전류)로 파악하면 저압계통이 일반적으로 가장 큽니다. (발전소 경우 50~60KA 정도) 6.6kV 계통은 저항방식에 따라 다르지만 일반적으로 NGR(1000A)를 사용하면 1kA 이고 22.9kV는 한전 수전 변전소에 따라 다르지만 일반적으로 7~8kA 를 넘지 않을 것 입니다. (발전소인 경우 154kV계통은 25kA 정도 입니다)
그러나 저압계통의 50~60kA보다 22.9kV계통의 7~8kA가 인체에는 치명적입니다.
왜냐하면 저압계통은 일반인 누구나 전기를 사용함으로 일반인에게 전기사고가 발생할 수 있기 때문에 법적으로 누전차단기등 안전을 위해 여러시설이 되어 있고 누전차단기의 검출 지락전류는 인체인 경우 지락보호 전용인 경우 30mA(고감도인 경우 15mA), 동작시간이 0.03초 입니다. 그리고 MCCB는 IEC에서는 동작시간을 220V에서 0.4초(TN방식) ~ 0.2초(TT방식)로 제한하나 실제 동작시간은 이보다 훨씬 작습니다. 그리고 ACB 차단기도 자체 내장된 Relay로 검출해서 바로 동작함으로 누전차단기, MCCB등과 마찬가지로 지락전류를 30mA로 제한하던지 순시 동작함으로 규정대로 전기시설이 되어있다면 인체에는 치명적이지 않습니다.
그러나 22.9kV 계통은 지락사고 발생시 보호계전기 동작시간, Lock-out Relay 동작시간, 마지막으로 고압차단기 동작시간의 순서를 거치므로 고장 제거시 까지는 최소 80ms (0.08초) 이상 시간이 소요 됩니다. 그래서 IEEE Std. 665에서는 접지설계에서 고장 제거 시간을 0.15~0.5초 를 제시하며 일반적으로 0.5초를 적용합니다.
그러므로 22.9kV를 수전받는 공장시설은 22.9kV 수변전 시설의 사고가 인체에 제일 치명적이므로 이에 대한 고장전류를 대비하여 접지설계를 하여야 합니다.
이에 대한 자세한 내용은 IEEE Std. 142를 참조하기를 바랍니다.
그리고 고장 전류값 선정에 대한 기준은 일반적으로 토지비저항값은 계절마다 변화하고 또한 Main Mesh는 한번 포설하면 장시간 후 부식 되며 추가로 보강 공사가 어려우므로 일반적으로 접지설계시에는 현재의 고장전류 보다 미래를 고려하여 값을 보수적으로 크게 설정하여 설계합니다.
한국전력 접지설계지침에도 최대지락고장전류에 대하여 1선지락 고장전류를 적용하던지 계통 확장을 고려하여 차단기 정격차단전류를 적용하라고 요구합니다.
그러므로 대부분 국내 및 해외 발전소 설계시 최대지락고장전류는 설계 초기에 계통 단락전류값을 적용합니다.
그래서 22.9kV 계통의 단락전류가 12.5kA이므로 이값을 적용하던지 개략적으로 계산한 8kA를 적용하던지 (아니면 선로 임피던스 자료가 있다면 추가로 적용) 설계자의 판단에 달려 있습니다.

접지설계계산서 1선지락전류 선정

+
현실적으로 한전 배전계통의 선로임피던스는 크게 변하지 않습니다. 22.9계통은 보통 지락전류가 7ka 이하으므로, 7ka 이하로 설계를 권합니다. 안전공사에서도 변압기 1차측 지락 전류를 기준으로 하고있습니다. 이 지락전류가 한전망으로 60, 접지망으로 20, 변압기 2차로 20이 흐릅니다. 여기서 접지망유입전류만 접촉과 보폭전압에 영향을 줍니다. 단락전류는 고려대상이 아닙니다.

강압 변압기 2차측의 지락전류가 크나 보통 TNS를 사용하므로 접지망 유입전류는 거의 없습니다.
누전차단기설치도 문제해결이 되겠지만 보호도체로 흐르는 지락전류가 대부분이기 때문에 접촉전압과 보폭전압에 거의 영향을 주지않습니다.

IEEE에서는 신발이나 장갑의 저항을 고려하지 않은 1000오음을 적용합니다. 대신 표토층 저항률을 고려합니다.
IEC에서는 인체저항1225 +장갑 2000+신발 2000 해서 허용접촉전압 984v를 고려합니다. 여기에 표토층을 고려하면 더 높아지겠지요.