지상선 또는 접지선

지중선(접지선)의 정의

지중선 또는 접지선은 번개 보호 시스템의 중요한 구성 요소입니다. 이는 전송선 위에 설치되어 지지 구조물에서 다른 지지 구조물까지 뻗어 있는 하나 이상의 도체로 구성됩니다. 이러한 선들은 길이 전체를 따라 규칙적으로 접지됩니다.

지중선의 주요 기능은 전송선의 위상 도체를 대상으로 하는 직접적인 번개 타격을 가로채는 것입니다. 번개 전류를 안전하게 지하로 유도하여 중요한 전기 도체가 손상되는 것을 방지함으로써 전력 전송 시스템의 중단 없는 운영을 보장합니다. 그러나 지중선은 전환 서지(전력 시스템 내에서 발생하는 다양한 전기 현상에 의해 발생)를 완화하는 데는 영향을 미치지 않습니다.

지중선의 중간 지점에서 번개가 발생하면 전기파가 생성되고 선을 따라 반대 방향으로 전파됩니다. 이러한 파동은 결국 인접한 전송 탑에 도달하며, 이러한 탑은 전기 에너지를 안전하게 지하로 유도하도록 설계되었습니다. 그러나 지중선의 효과성은 탑 기초와 지구 사이의 저항이 충분히 낮아야 한다는 핵심 요소에 달려 있습니다. 저항 값이 높으면 번개 전류의 효율적인 소산이 방해되어 지중선이 전송선을 보호하는 능력이 감소하고 전기 서지와 장비 손상을 초래할 수 있습니다.

탑 기초와 지구 사이의 저항이 낮지 않고 지중선이나 탑이 번개에 맞으면, 번개는 극도로 높은 전위를 유발합니다. 이 높은 전위는 탑에서 하나 이상의 위상 도체로 절연 파괴를 일으킬 수 있습니다. 이러한 현상을 역방향 절연 파괴라고 합니다.

역방향 절연 파괴는 탑의 전류와 탑 임피던스의 곱이 전송선의 절연 수준을 초과할 때 발생합니다. 이 위험을 줄이기 위해 효과적인 방법 중 하나는 탑 기초 저항을 줄이는 것입니다. 토양 저항성이 높은 지역에서는 드라이브 막대와 카운터포이즈가 일반적으로 사용됩니다.

카운터포이즈는 지하에 묻힌 도체로, 일반적으로 도금된 강철로 만들어집니다. 지중선 말단의 경우 카운터포이즈는 특수한 접지 단자 역할을 합니다. 그 역할은 접지 연결의 서지 임피던스를 감소시키고 지중선과 도체 간의 결합을 향상시켜 시스템의 전체적인 번개 보호 성능을 개선하는 것입니다.

전송선에서 두 가지 주요 유형의 카운터포이즈가 사용됩니다: 평행 카운터포이즈와 방사형 카운터포이즈.

평행 카운터포이즈

평행 카운터포이즈는 전송선의 전체 길이에 걸쳐 지하에 깔린 하나 이상의 도체로 구성됩니다. 이러한 카운터포이즈 선들은 모든 탑과 기둥에서 지중선과 연결됩니다. 이 구성을 통해 번개 타격 시 전기 전류가 고르게 분배되어 고전압 누적 가능성을 줄이고 역방향 절연 파괴 가능성도 최소화됩니다.

방사형 카운터포이즈

방사형 카운터포이즈는 탑 다리의 기초로부터 방사형 패턴으로 확장되는 여러 개의 선으로 특징지어집니다. 이러한 선들의 수와 길이는 두 가지 중요한 요인, 즉 탑의 지리적 위치와 토양 조건에 따라 신중하게 결정됩니다. 이러한 변수는 탑 기초 저항을 줄이고 전송선의 전체적인 번개 보호를 향상시키는 카운터포이즈의 효과를 최적화하는 데 중요한 역할을 합니다.

보호 각도

보호 각도는 지중선의 수직 정렬과 보호가 필요한 위상 도체 사이의 각도 측정값으로 정의됩니다. 일반적으로 이 각도는 지중선을 통과하는 수직선과 지중선과 가장 바깥쪽 위상 도체를 연결하는 선 사이의 각도로 측정됩니다. 이 각도는 지중선이 번개 타격을 가로채고 위상 도체를 손상으로부터 보호하는 능력에 직접 영향을 미치므로, 지중선 번개 보호 시스템의 설계 및 평가에서 중요한 매개변수입니다.

보호 및 지중선 구성을 최적화하기

지중선을 사용한 전송선의 번개 타격 보호를 최적화하려면 보호 각도를 최소화하는 것이 중요합니다. 20°에서 30° 사이의 각도는 위상 도체를 충분히 보호하는 데 매우 효과적이고 안전하다고 여겨집니다. 엔지니어들은 보통 40° 이상으로 보호 각도를 설정하지 않으며, 그렇게 하면 보호 효율이 크게 감소하고 번개가 도체를 직접 타격할 위험이 증가합니다.

현대의 고전압 전력 시스템에서는 종종 넓은 간격을 가진 도체가 특징이며, 이 경우 두 개의 지중선을 사용하는 것이 일반화되었습니다. 이 구성을 사용하면 전통적인 단일 지중선 시스템보다 우수한 보호를 제공합니다. 두 개의 지중선을 사용하면 번개에 대한 전체적인 커버리지와 타격 방지 능력이 향상되며, 여러 전기적 이점을 가져옵니다. 예를 들어, 두 개의 지중선 시스템의 서지 임피던스는 낮아서 번개에 의한 전기 서지가 더 효율적으로 소산됩니다. 또한 두 개의 지중선은 지중선과 위상 도체 간의 결합 효과를 증가시킵니다. 이러한 향상된 결합은 전기적 전하를 더 잘 균형 있게 유지하여 과전압 발생 가능성을 줄이고 고전압 전송 인프라의 전체적인 신뢰성과 견고성을 향상시킵니다.