피뢰기(LA)

피뢰기(LA)

피뢰기(LA)?

피뢰기는, 낙뢰시에 구내에 침입해 오는 이상 전압이나, 부하 개폐시에 발생하는 개폐 서지의 이상 전압을 억제시키기 위해 설치한다. 인입구 근처에 설치해 뇌격·회로 개폐에 기인하는 이상전압을 대지로 방전시켜 전기기기의 절연을 보호하는 역할을 하고 있다.

 

뇌격은 충격을 수반하는 과전압이나 과전류를 발생시키기 때문에 전기 설비에 큰 악영향을 미친다. 피뢰기는 천둥 서지에 의해 발생하는 "충격을 동반하는 과전압"을 억제하고, 전기 설비의 절연을 보호하고, 속류를 신속하게 차단하는 보호 기능을 가지고 있다.

 

번개 서지를 피뢰기에 의해 대지로 우회함으로써, 전기 기기에 이상 전압이 인가되지 않고, 절연의 열화를 억제할 수 있다.

 

피뢰기 구성

피뢰기는 기중 갭이라고 불리는 간극과 특성 요소라는 저항으로 구성되어 있다. 통상시의 전압은, 기중 갭이 있기 때문에 전압이 가해지는 일은 없지만, 뇌격의 이상 전압이 발생한 순간, 기중 갭에 전압이 인가되어, 대지에 이상 전압을 방류한다.

 

특성 요소는 비선형인 전압-전류 특성을 이용하고, 방전 시에는 대전류를 통과시키고, 방전 후는 속류를 저지하는 특징을 가지고 있어 낙뢰나 개폐에 의한 대전류를 효율적으로 대지로 우회 할 수 있고 속류는 단시간에 차단되기 때문에 전로는 정규 상태를 유지할 수 있습니다.

 

피뢰기는 유도 번개 서지나 개폐 서지, 소규모의 직격 번개 서지에는 효과를 발휘하지만, 대전류·고전압을 수반하는 직격 번개 서지의 경우, 방전 내량에 따라서는 파손되어 버리는 경우가 있다 그래서 선정에는 주의가 필요하다.

피뢰기

피뢰기의 종류

피뢰기에는 갭 부착 피뢰기와 갭리스 피뢰기가 있다. 현재는 갭리스 피뢰기가 주류이며 널리 사용되고 있다.

 

갭이있는 피뢰기

갭 부착 피뢰기는, 속류를 억제하는 저지와, 속류를 차단하는 직렬 갭이 접속되어 있어, 기밀된 「조관」에 수용되어 있다. 번개 서지가 흐르고 직렬 갭이 방전되면, 소자에 방전 전류가 흐르고, 전로와 대지를 전기적 접속 상태로 함으로써 이상 전압을 억제한다.

 

직렬 갭은, 급격하게 변화하는 서지 전압에서는 방전 누설 등을 발생시켜, 적절한 보호를 할 수 없을 우려가 있다. 한번 갭이 방전을 개시하면, 서지 전류의 속류가 계속 흐르기 때문에, 번개 서지의 특성에 따라서는 속류 차단 실패의 우려가 우려된다.

갭리스 피뢰기

갭리스 피뢰기는 직렬 갭을 사용하지 않는 것으로 방전 내량이 크고 정격 전류는 5,000A~10,000A까지 대응 가능하다. 갭리스 피뢰기는, ZnO 소자라고 하는, 전압-전류 특성(비선형 특성)이 우수한 소자가 사용되고 있다.

 

통상의 운전 전압에서는 절연체가 되기 때문에, 수 μA의 전류 밖에 흐르지 않는다.

 

대지에 전류가 흘러 버릴 염려가 없기 때문에, 직렬 갭 없는 계획이 가능하다. 밸브저항형이나 P밸브형, 산화아연형 등 여러 제품이 있지만, 특성이 우수한 산화아연형 피뢰기가 주류이다.

 

피뢰기의 설치 기준·선정 방법

수전 전력이 500kW 이상의 수요가에 설치한다. PAS나 UGS등에 내장된 기종이 있기 때문에, 그것을 선정하는 것으로 대체로 할 수 있다. 500kW 미만의 수요가라도 뇌해가 많은 지역에 수변전 설비를 설치하는 경우, 설비 신뢰도를 높이기 위해 피뢰기를 설치하는 것이 바람직하다.

 

피뢰기는 천둥 서지가 침입할 우려가 있는 장소에 설치한다. 피뢰기와 수전기기 사이의 거리가 떨어지면 피뢰기의 성능이 저하되기 때문에 가능한 한 수전점 근방에 설치하는 것이 좋다.

 

피뢰기의 정격 전압은 4.2kV와 8.4kV가 있지만, 공칭 전압 3.3kV의 전로에서는 4.2kV를, 공칭 전압 6.6kV의 전로에서는 8.4kV의 제품을 선정하면 된다. 6.6kV에서 수전하는 수요가의 경우 배전선로에 발생하는 이상전류의 대부분이 1,000A 이하이기 때문에 방전전류 2,500A의 제품이 널리 사용되고 있다. 그러나 뇌해가 많다고 인정되는 장소라면 5,000A의 피뢰기를 설치하면 안전성이 더욱 높아진다.

피뢰기의 제한 전압

고압 배전 계통을 보호하는 피뢰기는 제한 전압 33kW 이하로 설정되고, 공칭 방전 전류의 값에 따라 28kW·30kV·33kV가 규정되어 있다. 뇌해는 지역에 따라 빈도가 다르며 뇌우 일수 분포가 'IKL 맵'이라는 지표로 명시되어 있다.

 

전기설비기술기준에서는 최대 전력 500kW 미만의 수요가에 있어서는 피뢰기의 설치를 의무화하지 않았다. 그러나 피뢰기가 없으면 낙뢰에 의한 서지가 그대로 전기설비로 유입되어 기기가 파손된다. 다뢰 지구에서는 어떠한 규모의 수전 설비라도 피뢰기를 설치하는 것이 바람직하다.

피뢰기의 정격

피뢰기와 고압 기기의 이격 거리

피뢰기는 천둥 서지가 침입할 우려가 있는 부분에 설치하므로, 일반적으로는 수전점이 되는 인입구에 설치한다. 피뢰기와 개폐기는 가능한 한 가까이에 설치해야 한다.

 

피뢰기와 보호해야 할 고압 기기 사이의 거리가 길면 피뢰기가 효과적으로 작동하지 않을 수 있습니다. 피뢰기를 내장한 PAS이면, 피뢰기와 고압 기기가 같은 장소가 되어, 보다 안전성이 높다.

동일 접지와 전용 접지

피뢰기의 접지는 보호하는 기기와 공통의 접지를 사용하는 것을 기본으로 한다. 임피던스를 줄이기 위해 피뢰기의 접지 단자에서 보호 대상 접지 단자까지 최단 거리로 연결하는 것이 바람직합니다.

 

접지선이 길어지면 접지선의 거리에 비례하여 임피던스가 커져 전위차가 발생하여 적절한 보호를 할 수 없다. 피뢰기의 접지와 보호대상의 접지를 별도로 하면 보호불능이 되므로 반드시 동일한 접지를 확보해야 한다.

 

피뢰기에는 전용 접지로서 A종 접지 공사를 실시할 필요가 있다. 건물의 보안용 접지와 공용하면 서지가 유입될 우려가 있으므로 피뢰기 전용 접지를 부설하는 것이 좋다.

바리스타에 의한 번개 서지 보호

접지극의 시공을 수반하는 피뢰기의 설치는 매우 큰 공사가 된다. 기존의 콘센트 등에 대해서, 간이에 번개 대책을 실시하는 방법으로서, 번개 서지를 컷하는 기능을 탑재한 가드 탭이나, 번개 보호 장치가 내장된 UPS 등의 전원 장치를 경유하는 방법이 있다.

 

대책이 되어 있지 않은 콘센트 회로에 번개 서지가 침입하면, 통상시에는 220V라는 안정된 전압이 공급되고 있는 전로가, 순간에 수천 볼트 상승한다. 이 콘센트 회로 전체의 전위에 의해, 접속된 전기 기기에 수천 볼트가 인가되어, 절연 파괴에 의한 고장을 일으킨다. 반도체 부품이 많은 PC 등의 기기는 고전압에 약하기 때문에 특히 고장률이 높다.

 

번개 서지로 인한 절연 파괴를 방지하기위한 장치로 "바리스터"가 있습니다. 바리스타는 간단하게 번개 보호 대책을 실시하기 위한 보호 장치로, 가드 탭과 같은 민생품에도 많이 탑재되어 있다.

바리스타의 메커니즘

배리스터는 회로에 병렬로 연결되어 사용됩니다. 통상시는 고저항의 소자에 의해 전기를 흘리지 않게 되어 있어, 번개 서지가 도달한 순간만 전기 저항을 낮게 하여 전로를 단락 상태로 하고, 번개 서지를 기기에 도달시키지 않는 기능을 갖는다.

 

일반적으로 발생하는 소규모의 번개 서지라면 보호 성공의 가능성이 높지만, 최근에 낙뢰가 발생하여 고전압이 유입된 경우에는 서지 내량을 초과함으로써 성능 열화를 일으킬 우려가 있다.

 

가정용 가드 탭에서는 반복적으로 고전압이 인가된 경우, 기능을 잃을 우려가 있다고 주의를 기울이고 있다. 열화된 배리스터에서는, 번개 서지에 대한 보호 기능이 손실된 상태가 되기 때문에, 기기 본체의 교환이 추천된다.

 

배리스터에 온도 퓨즈가 내장되어 있는 제품에서는 번개 서지에 의해 이상 과열했을 경우에 퓨즈를 용단시키는 경우가 있다. 온도 퓨즈가 용단된 제품은 사용할 수 없기 때문에 교환이 필요하다.