새 변압기를 설치할 때, 시공업체가 관련 규정을 엄격히 준수하고 인력과 장비의 안전을 최우선으로 여길 것이라고 생각하는 것은 당연합니다. 하지만 자격을 갖춘 시공업체조차도 이 중요한 단계에서 실수를 하거나 중요한 단계를 생략할 수 있습니다. 이러한 실수는 드물게 보일 수 있지만, 그 결과는 결코 사소한 것이 아닙니다.

많은 조직이 배전 변압기의 수명 최적화를 위해 정기적인 유지보수 및 성능 테스트에 집중합니다. 그러나 견고한 배전 시스템의 기초는 설치 단계에서 시작됩니다. 가장 중요한 요소 중 하나는 변압기의 적절한 접지, 특히 4선식 시스템에서 중성선의 올바른 연결입니다. 이러한 중요성은 미국 국가 전기 규정(NEC), 특히 NFPA70과 같은 표준에서도 강조됩니다. 잘못 적용하면 사실상 모든 후속 시스템 작동이 손상됩니다.

변압기 접지의 핵심 목적

접지는 변압기의 금속 부분과 대지 사이에 직접적이고 저항이 낮은 경로를 형성합니다. 이는 고장 경로를 명확히 하고 전압을 안정화하는 두 가지 안전 및 운영 기능을 제공합니다.

특히, 중성 변압기 접지는 영구적이고 전류가 흐르는 전도성 경로를 제공하여 대지로 연결됩니다. 다음과 같은 기능을 하도록 설계되었습니다.

1. 전압 상승 제한단층 동안,

2. 보호 장치 활성화(퓨즈와 차단기와 같이) 효과적으로 트립되도록

3. 충격 위험 감소, 그리고

4. 시스템 무결성 유지.

4선 구성에서 중성선이 접지되지 않으면 "부동 중성선"이 발생합니다. 이러한 경우 위상 대 접지 전압은 특히 불균형 부하에서 최대 RMS 값으로 표류할 수 있어 손상 위험과 치명적인 접촉 가능성이 증가합니다.

반대로, 적절한 접지는 다음과 같은 주요 이점을 제공합니다.

• 장비 서비스 수명 연장:적절한 접지는 과도 전압과 고장 스트레스로부터 보호함으로써 변압기의 수명 연장과 비용 효율적인 작동을 지원합니다.

• 화재 위험 감소:접지는 고장 전류를 안전하게 흐르게 하여 화재를 일으킬 수 있는 과열이나 아크를 제거합니다.

• 향상된 신뢰성:안정적인 접지 시스템은 라인 전압 강하를 최소화하고, 전기적 노이즈를 제어하며, 중단 없는 운영을 지원합니다.

• 단순화된 오류 감지:저임피던스 접지를 통해 오류 위치 파악 및 격리가 더 빨라지고 가동 중지 시간이 줄어듭니다.

부적절한 접지의 위험

접지가 부적절하면 다음과 같은 여러 가지 결과가 발생할 수 있습니다.

• 보호 장치가 작동하지 않을 수 있음접지 결함 시 트립되어 인클로저에 전원이 공급되고 치명적인 접촉 전압이 발생할 수 있습니다.

• 불안정한 전압 특히 보조 시스템에서 발생할 수 있습니다. 이로 인해 변압기 권선이 과열되어 가스가 발생하고 성능 저하가 가속화될 수 있습니다.

• 저임피던스 고장 경로가 없으면 고장 전류가 예측 불가능하게 흘러 장비 파괴나 심각한 안전 위험을 초래할 수 있습니다.

이러한 위험은 설치 중 최우선 안전 기능으로서 변압기 접지의 중요성을 더욱 강조합니다.

변압기 접지 시스템 유형

접지 구성은 시스템 전압, 변압기 유형 및 지역 규정에 따라 다릅니다.

1. 견고한 접지
중성선은 최소한의 임피던스로 접지에 직접 연결됩니다. 이는 즉각적인 고장 해결을 지원하며 산업 현장에서 흔히 사용됩니다.

2. 접지되지 않은 시스템
의도적으로 접지에 연결되지 않습니다. 오류 전류는 감지되어 제거될 때까지 계속됩니다. 연속성이 중요한 곳에 사용되지만 접지 결함을 감지하는 데 어려움이 있습니다.

3. 임피던스(저항) 접지
중성선과 접지선 사이의 저항은 고장 전류의 크기와 지속 시간을 제한합니다. 이는 장비 보호와 시스템 안정성의 균형을 맞추는 데 도움이 됩니다.

4. 리액턴스 접지
인덕터는 임피던스 접지와 유사하게 고장 전류를 제어합니다. 지나치게 높은 고장 전류를 방지하는 동시에 민감한 트리핑을 지원합니다.

5. 접지 변압기(지그재그 또는 와이델타)
중성점이 없는 시스템에서는 지그재그형과 같은 특수 접지 변압기가 효과적인 접지를 위한 중성점을 생성합니다.

접지 시스템 연결을 위한 모범 사례

신뢰할 수 있는 변압기 접지 시스템을 설치하려면 다음과 같은 확립된 주요 관행을 따라야 합니다.

1. 연속성과 용량 확보

접지 경로는 전기적으로 연속적이고 신뢰할 수 있어야 하며, 예상되는 고장 전류를 손상 없이 전달할 수 있는 크기여야 합니다. 예를 들어, NEC(표 250.66)는 여러 산업 분야에 적용되는 최소 도체 크기(예: 4AWG 구리)를 명시하고 있습니다.

2. 견고하고 부식 방지 연결 구현

압축 커넥터 또는 구리 러그를 사용하십시오. 알루미늄 도체에는 산화 방지제를 사용하는 것이 필수적입니다. 또한, 제조업체 사양에 따라 토크 단자를 사용하고 내후성 수축 튜브로 밀봉하십시오.

3. 시스템 임피던스 최소화

가장 짧은 배선으로 직접 구리 접합을 사용하십시오. 루프와 중복 접지를 피하고, 특히 변압기 코어에 접지점을 하나만 설치하여 순환 와전류와 국부적인 발열을 방지하십시오.

4. 정기적인 테스트 및 모니터링

최적의 보호를 위해 전위 강하 또는 클램프 저항 시험을 수행하고 접지 저항이 5Ω 미만으로 유지되는지 확인하십시오. 가능한 경우 실시간 모니터링을 사용하여 성능 저하를 감지하십시오.

5. 모든 금속 부품 접합

위험한 계단 및 접촉 전위를 방지하기 위해 모든 금속 덮개, 중성점, 스크린 및 지지 구조물은 등전위 접합되어야 합니다.

6. 토양 상태 확인

토양 저항률은 접지봉 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 토양 저항이 높은 경우, 전도성 뒷채움재(예: 벤토나이트)를 사용하거나 여러 개의 접지봉을 사용하여 보강하십시오.

7. 예정된 유지 관리 수행

접지 시스템이 예상대로 계속 작동하는지 확인하기 위해 매월 육안 점검과 분기별 저항 시험을 실시하십시오. 부식, 느슨한 연결, 그리고 물리적 손상 여부를 점검하십시오.

8. 모든 것을 문서화하세요

IEEE 및 기타 관련 규제 표준에 따라 테스트 날짜, 방법, 결과 및 유지 관리 작업에 대한 기록을 유지 관리합니다.

9. 인력 훈련

직원은 접지 원리, 시험 방법, 접지 전위 상승 및 계단 전압에 대한 위험 인식을 이해해야 합니다.

관련 시스템 통합: 문맥적 참고 사항

변압기 접지에 중점을 두고 있지만, 다른 시스템과 상호 작용하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 전기 모터 점검 시 현장 작업자들은 유지보수 후에도 프레임과 샤프트 접지가 안정적으로 유지되도록 해야 합니다. 모터 샤프트에 전류가 순환하는 것을 방지하기 위해 접지 브러시 또는 본딩 연결을 다시 설치해야 합니다.

마찬가지로, 오일 충전 변압기의 경우, 변압기 냉각 오일 레벨 모니터링은 접지 모범 사례를 보완합니다. 적절한 냉각은 절연 무결성을 간접적으로 보호하며, 접지는 이를 보호합니다. 두 시스템 모두 변압기 설치 및 유지 관리 측면에서 서로 다른 기술적 기능을 수행하지만 전반적인 신뢰성에 기여합니다.

결론

적절한 변압기 접지는 단순한 기술적인 확인 사항이 아닙니다. 처음부터 안전, 신뢰성, 그리고 장비 수명의 초석입니다. 접지의 중요성을 인식하고 도체 크기, 부식 방지, 토양 평가 및 유지 관리에 이르기까지 모범 사례를 적용하면 복원력이 뛰어난 배전 시스템을 구축할 수 있습니다. 규정 기준을 충족하거나 초과하는 접지 설비는 인력을 보호하고, 값비싼 고장을 방지하며, 수십 년 동안 시스템 성능을 유지합니다.