IEEE 665 를기준으로한원전 접지설계적용 2009.4.6
목차 1. 개요 2. 관련 Code & Std 3. 접지설계기준및원전적용현황 - 주접지망설계 - 기기중성점접지 - 구조물및보조기기의접지 - 낙뢰보호설계 4. 질의및응답 2
1. 개요 주접지망 - 발전소의낙뢰전류및지락전류를대지로안전하게유도 - 사고전류에대한낮은임피던스경로제공 - 전위경도를저감시켜대지표면의전류밀도를인명과연관된허용접촉및보폭전압에대하여안전한수준으로유지 기기의중성점접지 - 지락사고시지락전류를접지계통으로흐르게함으로써전력계통의이상전류및지락전류를일정크기로제한 - 지락사고시건전상의대지전위상승억제에따른상도체및기기의절연레벨경감및신속한사고제거 구조물, 기기의외함및안전접지 - 전기사고에의한누설전류및외부전압원의영향에의한이상전류를접지계통으로흐르게함으로써감전사고로부터인명을보호 낙뢰보호 - 보호대상물에근접하는뇌격을흡입하고뇌격전류를대지로안전하게방류하여인명및보호대상물을안전하게보호 3
2. 관련 Code & Standard Main Ground Grid IEEE-80 Guide for Safety in AC Substation Grounding Generator and IPB Grounding IEEE-C37.101 Guide for Generator Ground Protection Neutral, Equipment, Safety Ground IEEE-142 Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems IEEE-666 Design Guide for Electric Power Service System for Generating Stations Protection and Control IEEE-1050 Guide for Instrumentation and Control Equipment Grounding in Generating Stations Lightning Protection NFPA-780 Lightning Protection Code 4
3. 접지설계기준및원전적용현황주접지망설계 인체의안전측면에서의위험전압 5
주접지망설계 ( 계속 ) 주접지망설계절차 6
주접지망설계 ( 계속 ) 접지저항과면적, 토양과의관계 R g ρ π = (IEEE 665-Eq. 1) 4 A R g : 접지저항 (Ω) ρ : 대지고유저항 (Ω m) A : 발전소의면적 (m 2 ) 접지도체의크기 - 발전소의수명과물리적인신뢰성을위하여 4/0 AWG 이상을제한함. ( 원전의경우, 울타리주변지역과같이전류의밀도가높은부분은 765kV SWYD 일경우는 200mm 2, 345kV SWYD 일경우는 150mm 2 를적용하며, 그이외지역은 100mm 2 (4/0 AWG) 로적용함. 7
주접지망설계 ( 계속 ) 대지유입전류 I = C P x D f x S f x I f (IEEE 665-Eq. 11) I : 대지유입전류의대칭분 (A) S f : 사고전류분류계수 ( 한전설계기준 2602-2000 참조, 20% 적용 ) I f : 지락전류의대칭분 (A) (765kV SWYD 차단정격 50kA 적용 ) C p : 확장계수 ( 초기설계의경우 1.25 적용하나원전의경우 1.1 적용 ) D f : 사고발생시간동안의지락전류감쇄정수 D f T = + a 1 1 e t f 2 t T a f T a = X /ωr ( 계통의 X /R = 19 로적용 ) t f : 사고지속시간 (sec) (0.15~0.5sec 추천, 지락차단기동작시간고려 0.4sec 적용 ) I = C P x D f x S f x I f = 1.1 x 1.0611 x 20% x 50kA = 11.67kA 8
주접지망설계 ( 계속 ) 인체허용접촉전압 E ( 1000 + 1.5 C ) touch50= s ρ s 0.116 t s E touch50 : 인체의중량이 50kg 일때의허용접촉전압 (V) C s : 표토층의반사계수 ( 동일표토층으로가정하여 1.0 로적용 ) C s ρ 0.09 1 ρ s = 1 2 h + 0.09 s ρ s : 표토층의고유저항 (Ω m) (100Ω m 로가정적용 ) t s : 사고전류지속시간 (sec) 1000 : 인체의저항 (Ω) 1.5 : 2ft 거리에서의병렬저항 (IEEE 665-Eq. 7) 0.116 E touch 50 = = 92 0.4sec ( 1000 + 1.5 1.0 100Ω) 210. V 9
주접지망설계 ( 계속 ) 인체허용보폭전압 E ( 1000 + 6 C ) step50= s ρ s 0.116 E step50 : 인체의중량이 50kg 일때의허용보폭전압 (V) C s : 표토층의반사계수 ρ s : 표토층의고유저항 (Ω m) t s : 사고전류지속시간 (sec) 1000 : 인체의저항 (Ω) 6 : 2ft 거리에서의직렬저항 t s (IEEE 665-Eq. 8) 0.116 E touch 50 = = 46 0.4sec ( 1000 + 6 1.0 100Ω) 293. V 10
주접지망설계 ( 계속 ) 주접지망에서의메쉬전압 E m I G K m K i = ρ (IEEE 665-Eq. 13) L +1.15L C r ρ : 대지고유저항 (Ω m) I G : 대지유입전류 (A) K m : 메쉬전압계산을위한지형보정계수 (IEEE 665-Eq.16 에의하여 0.723 로적용 ) K i : 유입전류증가보정계수 (IEEE 665-Eq.17 에의하여 6.372 로적용 ) L c : 접지도체총길이 (m) ( 설계총길이를 33,987m 로가정하여적용 ) L r : 접지봉의총길이 (m) ( 미적용된것으로가정 ) 100Ω m 11,670A 0.732 6.372 E m = = 160. 16V 33,987m + 1.15 0m 계산된메쉬전압은허용접촉전압 (210.92V) 이내이므로만족함 11
주접지망설계 ( 계속 ) 주접지망에서의보폭전압 E s I G K s K i = ρ (IEEE 665-Eq. 14) L ρ : 대지고유저항 (Ω m) I G : 대지유입전류 (A) K s : 보폭전압계산을위한지형보정계수 (IEEE 665-Eq.15 에의하여 0.268 로적용 ) K i : 유입전류증가보정계수 L c : 접지도체총길이 (m) L r : 접지봉의총길이 (m) L : L c + L r 100Ω m 11,670A 0.268 6.372 E s = = 58. 64V 33,987m 계산된보폭전압은허용보폭전압 (293.46V) 이내이므로만족함 12
주접지망설계 ( 계속 ) 원전주접지망설계평면도 해석프로그램 : 캐나다 SES 사, CDEGS 프로그램의 MALT Module Pri. Unit Sec. Unit 대지유입전류 : 11.67kA 고장차단시간 : 0.4sec 대지고유저항 : 100Ω m 접지도체간격 11m (47 x 35 Line) 접지저항계산결과 : 0.10873Ω 13
주접지망설계 ( 계속 ) 접지망계산결과 (Ground Potential Rise) 대지전위상승전압 3 차원도 대지전위상승전압 2 차원도 최대전위상승 : 1,262.5V 14
주접지망설계 ( 계속 ) 접지망계산결과 (Touch Voltage) 허용접촉전압 : 210.92V 접촉전압 2 차원도 허용접촉전압만족여부 15
주접지망설계 ( 계속 ) 접지망계산결과 (Step Voltage) 허용보폭전압 : 293.46V 보폭전압 2 차원도 최대보폭전압 : 50.447V 허용보폭전압만족여부 16
중성점접지, 기기및안전접지 계통의기준전위확보 지락사고전류의궤환회로 인체의위험을회피 17
기기중성점접지 발전기중성점접지설계 고저항접지 (Distribution-Transformer Grounded) - 지락고장시제한적인기계적인피로및고장위험유지 - 과도전압의제한 - Neutral Resistor Grounded 방식에비하여접지를위한기자재의경제성 - 일반적으로 5~10A 이내로지락사고전류제한 IEEE 665 추천안 원전설계적용현황 18
기기중성점접지 ( 계속 ) 변압기및기타계통중성점접지설계 저저항접지 : 보조변압기, 대기변압기 ( 지락전류를 400~1500A 로제한 ) 직접접지 : 주변압기, 480V 계통및배전변압기등 비접지 : 발전소의필수전원공급계통, 직류전원계통등 보조변압기중성점접지설계현황 19
구조물및보조기기의접지 건물내의접지망구성 - 건물내에서의접지도체설치간격 : 10~30m 간격 - 건물내의접지도체와주접지망간의연결 : 최소 2 개소이상 - 접지도체의크기 : 사고전류의크기고려 ( 접지도체를 200mm 2 나동선적용 ) 울타리의접지 - 접촉전압으로부터의위험방지 : 울타리외측 0.5~1.5m 까지주접지망연장 ( 울타리외곽 1.2m 까지적용 ) - 울타리 Post 에대하여다중접지 ( 울타리 3 개 Post 마다접지실시 ) 금속외함의접지 - 지락사고전류를흘릴수있는접지도체적용 케이블 Tray - Tray 간연속성을확보하기위하여 Bonding Jumper 적용 - 30m 마다접지함으로서지락전류의궤환회로로적용 20
낙뢰보호설계 낙뢰로인한영향및결과 - 직접적인영향 : 화재, 연소, 폭발 - 간접적인영향 : 대전류발생시전자계유도로인한기기의손상및오동작 - IEEE-665 에서는직접적인영향에대한보호기준만을제시함. 낙뢰보호를위한고려요소 - 낙뢰의빈도수 - 건물및내용물의가치 - 안정성 - 폭발에대한위험도 - 경제성 - 건물의형태 ( 구조, 크기등 ) 21
낙뢰보호설계 ( 계속 ) 낙뢰보호를위한보호방법 - 피뢰침에의한방법 ( 원전은회전구체법을이용하여적용 ) - Mast( 금속기둥 ) 또는 Mast+ 가공접지선로에의한방법 - 건물구조물에의한보호 : 건물의구조가 3/16inch 이상의노출금속판일경우 - 타건물에의한피보호건물의보호범위타건물의높이가 25ft 이하 : 높이에대한수평보호범위를 1 : 2 로적용타건물의높이가 50ft 이하 : 높이에대한수평보호범위를 1 : 1 로적용 구조물의형태에따른보호방법 굴뚝 (Chimney and Srack) - 금속체일경우 : 2 개이상의피로도선으로대지에접지 ( 대각선유지 ) - 비금속체일경우 : 피뢰침높이를 18inch(50cm) 이상으로유지하고적절한지지대로고정 Metal Crown 의두께가 3/8inch 이상이면피뢰침대용으로사용가능피뢰도선은 200ft 마다수평도체로연결 22
낙뢰보호설계 ( 계속 ) 구조물의형태에따른보호방법 ( 계속 ) 금속탱크 - 전기적으로연속성이있는 3/16 인치두께이상인금속탱크의경우피뢰침불필요 - 탱크의기초에 2 개조이상의접치도체로접지망에연결 구조물에의한건물보호 - 금속구조물로이루어진건물의경우피뢰침으로보호및금속구조물과연결 - 피뢰도선은건물외부로별도적용 변전소 - 가공지선및 MAST 에의하여보호 지하매설구조물 - 외부로부터의전압전달을방지하기위하여건물인입부에서접지 리액터건물 - 피뢰침에의하여보호 23
4. 질의및응답 24
감사합니다 25