내뢰변압기란?
내뢰변압기는 낙뢰로 인한 대전류 유입(낙뢰 서지)이나 송전선로 사고 등으로 인한 이상 전압으로부터 정밀 전기기기나 인체를 보호하기 위한 장치입니다.
마찬가지로 이상 전압으로부터 기기를 보호하는 것으로 피뢰기(SPD)라는 것도 있습니다. 피뢰기는 낙뢰 서지를 지상에 방전시켜 전기기기를 보호하지만, 내뢰변압기는 낙뢰 서지를 지상에 방전시키면서 변압기로 절연시켜 기기를 낙뢰 서지로부터 보호합니다.
내뢰변압기 사용 용도
내뢰변압기는 다양한 곳에서 사용되고 있습니다. 다음은 사용 용도의 한 예입니다.
- 무선 중계소, 변전소 등에서 사용되는 전원장치
- 컴퓨터 및 텔레미터의 전원
- 감시 카메라 등의 보안 시스템
- 철도, 항공기 및 도로 등의 교통 통신기기 및 제어기기
낙뢰 다발지역 등에서는 특히 정밀기기를 이상전압으로부터 보호하기 위해 중요한 장비입니다.내뢰변압기는 전원선과 피보호장치 사이에 설치되어 이상 전압으로부터 보호 대상 기기를 보호합니다.
내뢰변압기의 원리
내뢰변압기는 크게 ‘절연형’과 ‘접지 분리형’의 두 가지 종류가 있으며, 각각 원리가 다릅니다.
1. 절연형 내뢰 변압기
절연형 내뢰변압기는 전원 측에서 유입된 낙뢰 서지에 의한 이상 전압을 피뢰기를 통해 대지로 내보내면서 대지 간 전압차를 절연변압기를 통해 감소시킵니다.
2. 접지분리형 내뢰변압기
접지분리형 내뢰변압기는 복수의 피뢰기를 통해 선간 및 대지간 낙뢰 서지 유입을 감소시키면서, 절연변압기를 통해 고절연화하여 장비를 더욱 보호합니다. 또한, 접지 분리형은 서지 쉘터라고도 합니다.
모두 피보호장치 측은 낙뢰 서지에 대해 내전압 변압기로 완전히 절연되어 낙뢰 서지가 유입되지 않습니다. 내뢰변압기에 의해 서지 전이율이 100분의 1에서 10,000분의 1로 감소하기 때문에 피뢰기만 설치하는 것보다 효과적입니다. 또한, 이상 전압에 대한 내전압은 수십 킬로볼트로 매우 높아 보호 기능이 뛰어납니다.
내뢰 변압기의 기타 정보
1. 내뢰 변압기와 피뢰기의 차이점
내뢰 변압기와 피뢰기는 모두 낙뢰 서지로부터 장비를 보호하기 위한 장비입니다. 그러나 내뢰 변압기와 피뢰기는 구조적으로 차이가 있습니다.
피뢰기는 보호 대상 장치와 병렬로 연결되고 피뢰기 자체는 접지됩니다. 피뢰기는 평상시에는 절연물로 작동하지만, 번개 등의 서지 전압이 발생하면 피뢰기가 전도성이 되어 서지 전압을 대지로 흘려보내는 구조입니다. 피뢰기의 재료로는 ZnO(산화아연)가 많이 사용됩니다.
내뢰 변압기도 마찬가지로 전원 측을 ZnO로 접지합니다. 다만, 내뢰변압기는 변압기에 의해 1차측과 2차측을 절연하는 구조입니다. 따라서 제한 전압을 현저히 낮출 수 있습니다. 이러한 구조의 차이로 인해 낙뢰 서지에 대해서는 내뢰변압기가 더 우수합니다.
2. 내뢰변압기의 단점
내뢰변압기는 낙뢰 보호 측면에서 피뢰기보다 우수합니다. 다만, 다음 3가지 정도의 단점도 존재합니다.
피뢰기에 비해 부품 수가 증가한다.
부품 수가 증가하면 고장 위험이 증가할 뿐만 아니라 유지보수 비용도 증가하는 경향이 있습니다. 설치 공간도 넓어지고 도입 비용도 증가합니다.
변압기로 인해 상부 역률이 낮아진다.
변압기는 유도성 부하이기 때문에 무효전류가 커집니다. 대책으로 전력용 콘덴서를 병렬로 연결할 수 있지만, 역시 비용이 증가합니다.
접지극을 부하와 분리해야 한다.
대부분의 부하는 케이스 등에 접지를 해야 하지만, 내뢰 변압기는 낙뢰 서지용 접지극이 하나 더 필요합니다. 낙뢰 서지용 접지극과 부하 측 접지극을 함께 사용하면 낙뢰 서지 시 부하 전선과 대지 사이의 전위도 상승하게 됩니다. 접지극을 분리하면 접지 매설 작업이 많아지고 계통이 복잡해진다는 단점이 있습니다.
위의 장단점을 고려하여 피뢰기를 사용할 것인지, 내뢰 변압기를 사용할 것인지를 결정합니다.