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전기기사 전력공학 · 중성점접지방식

Neutral Grounding Method

중성점 접지 방식은 3상 계통의 중성점을 대지에 어떻게 잇느냐를 정하는 것으로, 1선 지락 때 건전상의 전압 상승과 지락 전류의 크기를 좌우한다. 비접지 · 직접 접지 · 저항 접지 · 소호 리액터 접지 가운데 무엇을 고르느냐에 따라 이상 전압, 지락 전류, 보호 계전기 동작, 통신선 유도 장해가 서로 엇갈린다. 우리나라는 154 kV 이상 송전에 직접 접지, 22.9 kV 배전에 중성선 다중 접지를 써요. 방식 버튼을 누르면 네 가지 접지 회로와 지락 전류 · 건전상 전압의 차이를 견줘 볼 수 있어요.

중성점을 접지하는 까닭

⚡ 1선 지락 사고가 나면
①3상 가운데 한 선이 땅에 닿으면 나머지 건전상에 이상 전압이 생긴다
②비접지 계통에서는 건전상 전압이 √3 배로 올라 절연이 파괴될 수 있다
③접지 방식에 따라 이상 전압 · 지락 전류 · 통신 유도 장해가 달라져요

네 가지 접지 방식

방식별 특성

비접지 방식(Δ-Δ 3상 3선)
건전상 전압 = √3·E, Ig = 3ωCE
지락 전류 Ig 는 대지 정전 용량 C 에 비례하는 작은 전류라, 지락이 나도 잠시 계속 운전할 수 있다. 주로 낮은 전압의 짧은 선로에 쓴다.
직접 접지 방식(Y-Y 3상 4선)
지락 전류 최대, 건전상 전압 ≈ E(상전압)
건전상 전위 상승이 가장 작아 절연 수준을 낮출 수 있어, 154 kV 이상에 쓴다. 다만 지락 전류가 커서 과도 안정도가 나쁘다.
저항 접지 방식
Ig = ER + jX03
지락 전류를 제한하면서 이상 전압도 억제해, 통신 유도 장해가 줄어드는 중간 성격이에요.
소호 리액터 접지(공진 접지)
XL = 13ωC → IL = IC → Ig ≈ 0
지락 아크가 저절로 꺼지고 지락 전류와 유도 장해가 가장 작지만, 고장을 끊어 내는 보호가 가장 어렵다.

비교와 유도 장해

📊 접지 방식별 비교
①지락 전류: 소호 리액터 < 비접지 < 저항 접지 < 직접 접지
②건전상 이상 전압: 직접 접지 < 저항 접지 < 비접지 ≈ 소호 리액터
③절연 수준은 직접 접지가 가장 낮아도 되므로 경제적이고, 초고압에 유리하다
④과도 안정도는 지락 전류가 큰 직접 접지가 가장 나빠요
📡 통신 유도 장해
①지락 전류가 클수록 가까운 통신선에 전자 유도가 커져 장해가 심해진다
②직접 접지는 지락 전류가 가장 커서 유도 장해도 가장 심하다
③소호 리액터는 지락 전류가 거의 0 이라 유도 장해가 가장 작다
④대책으로 차폐선 설치, 연가, 중성점 임피던스 삽입 등이 있어요

시험 총정리

비접지 지락 전류
Ig = 3ωCE
대지 정전 용량 C 에 비례
소호 리액터 조건
XL = 13ωC
공진 → 지락 전류 0
직접 접지 특성
지락 전류 최대, 절연 수준 낮음
154 kV 이상, 과도 안정도 나쁨
비접지 건전상 전압
V = √3·E(상전압의 √3 배)
낮은 전압 · 짧은 선로
🎯 시험 포인트
①비접지: Ig = 3ωCE, 건전상 √3E 로 상승, Δ-Δ 3상 3선식
②직접 접지: 지락 전류 최대, 전위 상승 최소, 절연 수준 낮음, 과도 안정도 나쁨, Y-Y 3상 4선식
③소호 리액터: X_L = 1/(3ωC) 로 공진시켜 지락 전류 · 유도 장해가 가장 작고, 고장 차단 보호가 가장 어렵다
④유도 장해는 지락 전류가 클수록 커져, 직접 접지에서 가장 심하다
⑤우리나라는 154 kV 이상 직접 접지, 22.9 kV 배전은 중성선 다중 접지예요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 비접지 계통에서 1선 지락 때 건전상 전압과 지락 전류 공식을 쓰시오. (답: V = √3E, Ig = 3ωCE)
②[기출유형] 소호 리액터의 공진 조건을 유도하시오. (답: I_L = I_C 에서 ωL = 1/(3ωC), L = 1/(3ω²C))
③[기출유형] 직접 접지 방식의 장단점을 쓰시오. (답: 장점은 이상 전압이 가장 작음 · 절연 수준을 낮출 수 있음 · 보호 계전기 동작이 확실함, 단점은 지락 전류 최대 · 유도 장해 · 과도 안정도 저하)
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