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지난 봄, 오하이오 주의 한 공장 엔지니어가 13.8 kV 루프가 세 개의 생산 건물을 공급하는 것에 대해 우리에게 이메일을 보냈습니다. 상-대지 고장이 그 시스템을 2주 동안 헤매고 있었는데 — 보호 계전기가 거의 아무것도 감지하지 못한 것은 루프가 비접지 시스템 고장 전류가 돌아갈 제로-시퀀스 경로가 없었습니다. 그의 계약자가 타버린 케이블 스플라이스를 발견할 때까지 두 대의 500 hp 모터 드라이브가 이미 정상 상에서 고장 났습니다. 그가 주문한 해결책은 15 kV 클래스 접지 변압기 지그재그 권선을 갖춘 것이었습니다. 그가 우리에게 한 질문은 간단했습니다: "구매 주문서에 전류 정격을 어떻게 기재해야 합니까 — 10초 또는 연속?"
그 질문은 예상보다 더 흔하며, 사양이 잘못되는 정확한 지점입니다. 그 질문이 프로젝트에 나타날 때 구매자에게 우리가 전하는 내용은 다음과 같습니다.
접지 변압기가 실제로 하는 일
일반적인 의미의 배전 변압기가 아니다. 이와 같은 접지 장치는 정상 운전 시 거의 부하를 담당하지 않는다. 그 주된 역할은 중성점이 없는 계통에 인공 중성점을 형성하는 것이다 — 일반적으로 델타 결선 계통이거나, 중성점 부싱을 사용할 수 없거나 고정 접지가 허용되지 않는 스타 결선 계통이다.
비접지 계통에서 상대지 고장이 발생하면, 고장 전류는 케이블 및 권선의 분포 정전용량을 통해서만 흐를 수 있으며, 이 값은 매우 작다. 따라서 보호 장치는 고장을 차단할 수 없고, 계통은 한 상이 대지 전위에 있게 된 상태로 계속 가동되며, 정상 상들은 선간 전압(정상 위상 전압의 약 1.73배)까지 상승한다. 간헐적 아크 발생 시 과도 응답으로 인해 전압이 일시적으로 더 높아질 수도 있다. 정상 상에 연결된 모터와 케이블이 이러한 전압 스트레스를 받게 되며, 절연 실패가 이후 발생하게 되는데, 이는 종종 실제 고장 위치에서 멀리 떨어진 곳에서 수 주 후에 나타난다.
지그재그 결선 단위를 중성점을 접지하여 연결하면 그림이 바뀝니다. 이 권선은 저임피던스의 제로시퀀스 경로를 제공하므로, 고장 전류가 변압기로 다시 흐르게 되고, 보호 장치가 이를 감지하여 최종적으로 차단할 수 있습니다. 지그재그(상호접속 스타) 권선에서는 각 상이 제로시퀀스 고장 전류의 약 삼분의 일씩 담당하므로, 이 단위들은 보호하는 부하에 비해 물리적으로 작습니다.
지그재그 대 와이-델타: 어떤 권선을 사양서에 기재해야 할까요?
구매자들이 자주 문의하는 두 가지 일반적인 접지 변압기 방법—지그재그와 와이-델타—에 대해 설명드립니다.
| 비교 | 지그재그(상호접속 스타) | 와이-델타 |
| 정상 부하 전류 | 거의 제로 — 여기서는 여자 전류만 흐릅니다. | 사양에 따라 보조 델타 부하도 공급할 수 있습니다. |
| 제로시퀀스 임피던스 | 낮음, 설계에 의해 제어 가능 | 낮음, 권선 기하학에 의해 설정됨 |
| 물리적 크기 | 소형, 최저 비용 | 대형, 고비용 |
| 전형적 사용 | 480 V에서 34.5 kV 시스템까지의 순수 접지 용도 | 접지 기능 외 보조 전원 또는 정류소 서비스 부하도 담당 |
| 일반적인 정격치 | hRG 작동 조건에서는 10초 동안 400 A, 연속 작동 가능 | 종종 연속 정격 |
중성점만 필요로 하는 프로젝트의 경우 지그재그 변압기 대부분의 경우 최적의 선택입니다 — 크기가 작고, 비용이 저렴하며, 실외 캐비닛 내부에 설치하기도 쉽습니다. 당사는 두 가지 유형 모두를 자사 공장에서 제작하지만, 출하하는 접지 장치 주문 중 약 90%가 지그재그 방식입니다. 보조 부하(예: 델타 측에 연결되는 전력 공급 패널)를 동시에 공급해야 할 경우에만 와이-델타 방식을 지정하십시오.
연속 정격 대 단시간 정격: 가장 중요한 사양 결정
이 결정이 오하이오주의 엔지니어가 전화를 걸게 만든 원인이었으며, 대부분의 구매자가 착오를 범하는 항목이기도 합니다.
A 접지 변압기 저항 접지 방식 시스템과 함께 작동하도록 설계된 장치는 단시간 운전용 으로 정격됩니다. 시스템의 중성점 접지 저항기 (NGR)은 접지 고장 전류를 설정된 값으로 제한하며, 일반적으로 400 A이며, 때로는 200 A 또는 600 A이다. 보호 장치는 몇 초 이내에 고장을 차단한다. 따라서 변압기는 IEEE C57.32 시험 절차에 따라 일반적으로 10초 동안 해당 전류를 지속적으로 흘릴 수 있도록 정격되어야 한다. 단시간용 장치를 '연속 작동'으로 정격 지정하면 구리와 코어에 대한 비용이 낭비되며, 연속 작동용 장치를 '10초'로 정격 지정하면 안전 위험이 발생한다.
책상 위에 두거나 고저항 접지 고저항 접지(HRG) 시스템에서는 전류를 의도적으로 약 5 A 또는 10 A로 제한하며, 정비 담당자가 고장을 찾아내는 동안 시스템은 고장 상태로 계속 가동된다. 그러므로 해당 장치는 무기한 전류를 흘릴 수 있도록 정격되어야 한다. 연속적인 무기한 전류를 흘릴 수 있도록 정격되어야 하므로, 사양서에서 두 방식을 혼동하는 것이 우리가 RFQ에서 가장 흔히 보는 오류이다. 구매자가 '접지 변압기, 400 A'라고만 기재하고 작동 주기를 명시하지 않으면, 제조사가 잘못된 기기를 견적하게 된다.
먼저 시스템을 접지하라: 비접지, 직접 접지, 저저항 접지, 또는 고저항 접지(HRG)
누구도 접지 장치를 평가하기 전에 시스템 접지 철학을 먼저 결정해야 한다. 이는 전류, 작동 시간 및 보호 방식을 정하기 때문이다.
- 비접지 시스템 은 많은 산업 규격에서 허용되며, NEC 조항 250.21도 여전히 이를 허용하지만, 최초의 고장은 무음으로 용인하고 정상 작동 중인 기기를 과전압에 노출시킨다. 이 구성은 일반적으로 구매자가 나중에 접지 장치를 추가하도록 유도한다.
- 직접 접지 된 Y결선 시스템은 중성점이 확보 가능하고 허용되는 경우 접지 장치가 필요하지 않다. 중성점에 접근할 수 없거나 직접 접지가 허용되지 않을 때 제그잭 접지 장치가 사용된다.
- 저저항 접지 시스템(일반적으로 200–800 A, 10초 작동 시간)은 중압 산업 배전의 표준 선택이다. 제그잭 접지 장치와 NGR을 함께 사용하면 고장 지점에서의 손상을 최소화하면서 신뢰성 높은 고장 탐지가 가능하다.
- 고저항 접지 시스템(5~10A, 연속 작동)은 단일 고장 시에도 경보를 발생시키며 공장을 계속 가동시킨다. 이는 예기치 않은 정지가 허용되지 않는 480V 공정에서 일반적으로 채택된다. NEC 250.36은 480V에서 1000V까지의 HRG에 대해 규정한다.
참고로, 귀사 공장에 적합한 접지 방식을 결정하는 접지 관행은 산업 및 상업용 전력 시스템 접지에 관한 IEEE 142 권장 실천 지침서 에 설명되어 있으며, 고객이 시스템 철학 검토를 요청할 때마다 당사는 이를 기준으로 삼는다.
명세서에 반드시 포함되어야 할 항목
RFQ를 제출할 때 접지 변압기 명세서가 완전히 작성되어 있으면 다음 항목들을 모두 명시해야 하며, 견적 담당 엔지니어는 누락 여부를 즉시 파악할 수 있다:
- 시스템 선간 전압 및 주파수(예: 13.8kV, 60Hz)와 절연 시스템에 필요한 BIL 등급.
- 중성점 접지 방법: 저저항 접지(NGR 전류 및 시간 — 400A, 10초) 또는 HRG 연속 작동(5A 또는 10A).
- 지속 작동 또는 단시간 정격을 명시적으로 표기 — 절대 추론에 맡기지 말 것.
- 중성점 접지 저항기가 포함되는지 여부와 그 옴값. 왜냐하면 제그잭 코일만으로는 전류를 제한할 수 없기 때문임.
- 외함 및 환경: 실내용, 실외용, 패드 마운트 방식 또는 변전소 프레임 설치, 그리고 온도 등급.
- 적용 가능한 시험 표준 — 당사는 다음 기준에 따라 제작 및 시험함: IEEE C57.32 이는 중성점 접지 장치의 요구사항, 용어, 시험 절차(온도 상승 시험 및 단시간 전류 시험 포함)를 다룸.
- 델타 또는 제그잭 권선 배치 방식, 그리고 해당 장치가 보조 부하를 견뎌야 하는지 여부.
A 지그재그 변압기 15 kV 등급 시스템에서 10초 동안 400 A를 허용하는 장치는 주변 배전 변압기와 비교해 작고 가벼운 기기이지만, '작다'는 것이 '단순하다'는 뜻은 아님. 영상서열 임피던스, 중성점에서의 절연 조정, 단시간 열 내구성 모두 엔지니어링을 통해 설계되어야 하며, 즉흥적인 해결책으로는 안 됨.
라이언사의 접지 장치 제작 및 시험 방식
2023년부터 우리는 이턴(Eaton)의 공식 합작 파트너로서 협력해 왔으며, 이러한 협력 관계는 이와 같은 특수 장치를 다루는 방식을 형성합니다—이러한 장치는 주요 유통 라인과 동일한 엄격한 절차를 거치며, 부차적인 작업이 아닙니다. 당사의 12만 제곱미터 규모 공장에서는 180세트 이상의 설비가 가동 중이며, 접지 변압기는 권선비, 절연 저항, 인가 전압 및 유도 전압 시험을 포함한 공장 시험 보고서를 통과한 후에야 출하됩니다. 또한 정격 조건에 따라 단시간 전류 시험이 필요할 경우, 당사 품질보증(QA) 팀이 현장에서 이를 확인합니다.
시험장에서의 하나의 관행: 고객의 견적 요청서(RFQ)에 '접지 변압기'라고만 명시되어 있고 추가 설명이 없을 경우, 견적을 내기 전에 반드시 전화로 문의합니다. 지난 1년간 당사는 연속 정격 장치를 10초 작동 조건에 맞춰 납품할 뻔했던 사양, 그리고 실은 보조 부하용 Y-Δ 변압기가 필요한 시스템에 대해 제그재그(Zigzag) 변압기를 주문받았던 사례 등을 발견했습니다. 전화 통화로 단 5분 정도 질문하는 것이 이후 수개월간의 문제를 예방합니다.
구매자에게 중요한 핵심 요점
귀사의 시설에서 비접지 중압 시스템 또는 고체 중성점이 없는 델타 시스템을 운영 중이라면, 접지 변압기 지그재그 권선을 갖춘 접지 변압기가 실용적인 해결책입니다. 이 장치는 영상서열 경로를 제공하여 보호 기능을 강화하고, 정상 작동 중인 장비에 가해지는 과전압 스트레스를 제한하며, 계전기가 비로소 접지 고장을 감지할 수 있도록 합니다. 권선 유형은 보조 부하 용량이 필요한지 여부에 따라 선택하시고, 운전 주기는 접지 방식에 따라 결정하십시오. 저저항 접지 시스템(NGR 제한)에는 10초 정격을, 고저항 접지 시스템(HRG)에는 연속 정격을 사용합니다.
시스템 전압, 접지 철학, 그리고 고장 전류 목표 값을 저희에게 알려주시면, 귀사가 최종 결정을 내리기 전에 적절한 정격을 확인해 드립니다. 이메일로 [email protected]문의하시거나 연락처 페이지를 통해 견적을 요청해 주십시오. 사양 검토는 무료이며, 이 단계가 비접지 시스템을 계획되지 않은 정전 사태로 바꾸지 않도록 해줍니다.
저자에 대한
라이언 일렉트릭은 2007년에 중국에서 설립된 변압기 제조업체로, 북미, 동남아시아, 중동 지역의 전력 공급 업체, 데이터 센터, 산업 고객을 대상으로 서비스를 제공한다. 본 기사는 당사의 엔지니어링 팀과 콘텐츠 팀이 전 세계로 출하된 변압기 프로젝트의 공장 시험 경험과 현장 피드백을 바탕으로 작성하였다.