강의노트 중성점 접지의 개요

3상 전원의 중성점은 정상적인 운전시 전위가 $0 \,$이 되는 일종의 중심점을 의미합니다. 아래 그림에서 $\color{red} n \,$으로 표시된 부분이 중성점입니다.

이런 중성점과 대지(접지점)를 도체로 전기적으로 연결하는 것을 접지라고 합니다. 중성점과 접지점의 중간에 저항, 리액터 등을 삽입할 수 있으며 이를 접지 임피던스라고 합니다.

그림은 $\Delta \! - \! \mathrm{Y}$ 결선을 나타내며, 2차측이 $\mathrm Y$ 결선이어서 중성점 접지가 가능합니다. 정상적인 경우 3상의 전원이 평형을 이루며 중성점의 전위는 대지와 동일합니다. 따라서 이때에는 접지를 통하여 전류가 흐르지 않습니다.

그런데, 1선 지락 사고등과 같은 비대칭 사고가 발생하면 중성점의 전위가 변하게 되어 대지와의 전위차가 발생하게 됩니다. 이때 접지가 되어 있다면 접지로의 접지 전류가 흐르게 됩니다.

이때, 접지 임피던스가 있다면 접지 전류에 의한 전압 강하가 발생하게 되어 중성점 전압이 이것에 의해 결정되며, 접지 임피던스가 없이 단락되어 있다면 중성점 전위는 항상 대지 전위와 동일하게 됩니다.

중성점 접지의 목적

앞에서 살펴본 바와 같이 중성점 접지의 가장 큰 효과는 중성점 의 대지 대비 전위의 상승을 억제하는 것입니다. 이와 더불어 다음과 같은 효과를 볼 수 있습니다.

• 지락 사고시 건전상의 대지 전위 상승을 억제
• 전로 및 기기의 절연 레벨 경감
• 뇌 등에 의한 이상 전압의 경감 및 발생 억제
• 지락 사고시 접지 계전기의 확실한 동작 보장
• 소호 리액터 접지 방식의 경우 1선 지락시 아크의 신속한 소멸로 송전 지속 가능

중성점 접지 방식의 종류

위의 그림에서 중성점과 접지점의 중간에 삽입된 접지 임피던스 값 $\color{red} \mathbf Z_n \,$에 따라 접지 방식을 다음과 같이 구별합니다.

• 비접지 방식 ($\mathbf{Z}_n = \infty$)
• 직접 접지 방식 ($\mathbf{Z}_n = 0$)
• 저항 접지 방식 ($\mathbf Z_n = R$)
• 소호 리액터 접지 방식 ($\mathbf Z_n = jX_L$)

유효 접지

지락 사고시 건전상의 전위 상승이 상규 대지 전압의 1.3배 이하가 되도록 하는 접지 방식을 유효 접지라고 합니다. 유효 접지 조건은 다음과 같습니다.

$$\color{red} \frac{R_0}{X_1} \le 1 \quad,\quad 0 \le \frac{X_0}{X_1} \le 3$$

위 식에서 각 기호의 의미는 다음과 같습니다.

• $R_0$ : 영상 저항
• $X_0$ : 영상 리액턴스
• $X_1$ : 정상 리액턴스