반갑습니다. 김대호교수 입니다.

변압기 고-저압 혼촉 사고 시, 2차측 중성점 접지 저항(Rg​) 값을 구할 때, 2차측 전압(440V)이 아닌 1차측 전압(6600V)을 이용해 계산된 1선 지락전류(I)를 사용하는 이유

결론부터 말씀드리면

이 계산은 정상 운전 상태가 아닌 '고-저압 혼촉'이라는 특수한 사고 상태를 가정하기 때문입니다. 사고 시에는 1차측의 높은 전압이 2차측 회로에 직접적인 영향을 미치게 됩니다.

상세 해설

사고 상황의 이해: '고-저압 혼촉 사고'란?

'혼촉'이란, 변압기 내부 절연이 파괴되어 1차측 고압 권선과 2차측 저압 권선이 전기적으로 연결(접촉)되는 사고를 의미합니다. 이 순간, 2차측 회로에는 정상 전압인 440V가 아닌 1차측의 높은 전압(6600V)이 그대로 인가되는 매우 위험한 상황이 발생합니다.

2차측 접지 저항(Rg​)의 역할

이때 2차측 중성점 접지 저항(Rg​ )의 역할은, 1차측의 높은 전압이 2차측으로 넘어왔을 때 발생하는 고장 전류(문제의 1선 지락 전류, I)를 대지로 안전하게 흘려보내, 2차측 기기 및 인체를 보호하는 것입니다. 즉, 2차측 전로의 전위(전압)가 위험한 수준까지 상승하는 것을 억제하는 보호 장치입니다. 문제에서도 "이곳의 전위상승을 150[V] 이하로 억제한다"는 조건이 주어진 이유가 바로 이것입니다.

계산식의 원리

고장 전류(I)의 근원: 이 사고에서 흐르는 고장 전류 I는 2차측 전압(440V) 때문에 발생하는 것이 아니라, 1차측 전압(6600V)에 의해 발생하는 '1선 지락 전류'입니다. 고-저압 혼촉은 1차측 입장에서 보면 2차측 회로와 대지를 통해 1선 지락이 발생한 것과 동일한 현상입니다.

옴의 법칙 적용: 2차측 접지점에서 전위 상승(Eg​)은 1차측에서 넘어온 고장 전류(I)가 2차측 접지 저항(Rg​)을 흐를 때 발생합니다. 따라서 옴의 법칙에 의해 다음과 같은 관계가 성립합니다.

전위 상승값 (Eg) = 고장 전류 (I) × 접지 저항 (Rg)

저항값 계산: 우리가 구하려는 접지 저항 Rg는 위 식을 변형하여 구할 수 있습니다.

Rg = Eg / I

문제의 조건에 따라, Eg는 150V 이하로 제한되어야 하고, I는 1차측 전압으로 인해 계산된 1선 지락 전류입니다.

결론

정리하자면, 2차측 접지 저항은 정상 상태의 2차 전압(440V)을 기준으로 하는 것이 아니라, '고-저압 혼촉'이라는 사고 시에 1차측 전압(6600V)에 의해 발생하는 고장 전류(I)로부터 2차측의 전위 상승을 안전한 값(150V) 이하로 억제하기 위한 보호 장치이므로, 계산에 1차측 전압과 관련된 1선 지락 전류 I를 사용하는 것입니다.

접지저항 값의 계산 근거

KEC 142.5 변압기 중성점 접지

1항 가: 접지 저항 값은 일반적으로 변압기의 고압/특고압측 전로 1선 지락전류로 150을 나눈 값과 같은 저항 값 이하로 해야 한다고 규정합니다.

1항 나: 저압 전로의 대지전압이 150V를 초과하는 경우(문제의 440V가 해당), 고압/특고압 전로를 자동으로 차단하는 장치의 동작 시간에 따라 접지 저항 값의 기준이 더 엄격해집니다.

규정 해설

왜 1선 지락전류로 계산하는가?

고-저압 혼촉 사고는 1차측(고압측) 전선 한 가닥이 2차측(저압측) 권선에 닿아 발생하는 것입니다. 이는 1차측 입장에서 보면, 2차측 회로와 대지를 통해 전류가 흐르는 **'1선 지락 사고'**와 동일한 전기적 현상입니다.

왜 '150'이라는 상수를 사용하는가?

이 값은 **'저압측 전위 상승 허용값'**입니다. 즉, 혼촉 사고로 인해 1선 지락 전류가 2차측 접지 저항을 통해 흐를 때, 접지점의 전압이 150 V를 넘지 않도록 접지 저항 값을 제한하겠다는 의미입니다.