변압기 낙뢰 보호를 위한 서지 어레스터(Surge Arrester)의 최적 위치

 

🔸 왜 낙뢰는 주로 고압선(예: 12kV) 쪽에서 발생할까?

낙뢰가 고압선에 더 많이 발생하는 이유는 단순히 "전압이 높아서"가 아니라, 다음과 같은 물리적·전기적 특성 때문입니다:

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✅ 1. 높은 위치에 설치됨 (가장 중요한 이유)

• 고압 송전선(예: 12kV, 22.9kV, 154kV)은 높은 전봇대나 철탑에 설치되어 있음
• 높을수록 낙뢰를 먼저 맞을 확률이 큼 (낙뢰는 가장 가까운 도체로 떨어지려 함)

🔹 예시:

• 저압선은 건물 2~3층 높이
• 고압선은 고층 건물보다 높은 철탑 위 → 당연히 고압선이 낙뢰에 더 노출됨

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✅ 2. 접지 전위와 큰 전위차

• 낙뢰는 구름과 지면 사이의 전위차 때문에 발생하는데,
• 고압선은 이미 전위가 수천 볼트 이상이므로,
  → 낙뢰 전류가 "도체를 통해 지면으로 흘러가기 쉬움"
• 즉, 낙뢰의 경로가 되기 쉬운 구조임

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✅ 3. 차폐선(Shield Wire)이나 피뢰설비가 함께 있음

• 고압 송전선에는 종종 낙뢰를 유도해주는 차폐선(Ground Wire) 이 위에 따로 설치됨
• 그만큼 낙뢰 보호 설계가 필요한 구조라는 뜻
• 이는 고압선이 낙뢰에 매우 취약한 환경이라는 걸 방증함

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✅ 4. 설치 환경 자체가 개방적

• 고압선은 대체로 산, 들판, 외곽 등 넓은 외부 공간에 설치
• 반면 저압선은 건물 근처나 실내(주택 배선 등) → 낙뢰 직접 노출이 적음

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⚠️ 그럼 저압선은 낙뢰 영향을 안 받나?

❌ 아니요. 낙뢰는 고압선에 떨어지지만, 그 결과로:

• 변압기를 통해 저압선까지 과전압이 유입될 수 있음
• 그래서 저압 설비에도 SPD(서지 보호 장치) 를 다는 거예요

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✅ 고압측 델타결선 + 피뢰기 연결 방법

🔸 원칙: 낙뢰 보호를 위해서는 각 상(Phase)마다 피뢰기를 설치하고,
피뢰기의 반대측 단자를 접지해야 합니다.

 

✅ 왜 이렇게 해야 할까?

1. 델타결선은 중성점이 없음 (접지점이 없음)
   → 낙뢰 전류가 "어디로 흘러가야 할지" 갈피를 못 잡음
   → 그래서 피뢰기를 통해 강제로 접지 경로를 제공해 줘야 함
2. 각 상마다 낙뢰가 올 수 있음
   → 모든 상에 피뢰기 설치 필요
   → 아니면 피뢰기 없는 상에 낙뢰 오면 보호 불가 ❌
3. 비접지 시스템이라도 피뢰기에서는 반드시 접지 필요
   → 그래야 낙뢰 전류가 안전하게 대지로 방전됨
   → 그렇지 않으면 서지 에너지가 내부 장비로 들어가서 절연파괴·화재 유발

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⚡ 왜 직접 낙뢰는 보호하지 못할까?

직접 낙뢰는 수십~수백 kA(킬로암페어)의 막대한 전류와 극단적인 전압을 동반합니다.
이런 낙뢰 전류는:

• 전선이나 구조물 자체를 파괴하거나
• 절연을 뚫고 아크(arc) 를 발생시키고
• 화재나 설비 파손을 일으킵니다.

서지 어레스터는 이런 극단적인 전류나 에너지량을 감당하기에 한계가 있습니다.
→ 따라서 직접 낙뢰는 피뢰침(lightning rod) 같은 직격 낙뢰 보호 시스템으로 차단해야 합니다.

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✅ 서지 어레스터는 어떤 원리로 보호하나요?

서지 어레스터는 내부에 비선형 저항 소자(예: MOV - Metal Oxide Varistor)를 가지고 있습니다.

• 평소에는 절연 상태
• **일정 전압 이상(예: 3kV, 5kV)**이 되면 급격히 도전성으로 바뀌며 접지로 방전
• 과전압이 지나가고 나면 다시 절연상태로 복귀

🔧 즉, 과도전압을 흘려서 시스템을 보호해주는 거예요.