전기 시설은 일상생활과 산업활동에 있어서 핵심적인 역할을 담당하고 있습니다. 그러나 번개에 의한 고전압이나 전력 시스템의 이상 전압은 전기 장비에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 사용되는 핵심 장치 중 하나가 바로 "피뢰기"입니다. 이 글에서는 피뢰기의 작동 원리, 구조, 그리고 현대 전력 시스템에서의 중요성에 대해 자세히 알아보겠습니다.
[목 차]
1️⃣ 피뢰기의 개념
2️⃣ 피뢰기의 동작 원리
3️⃣ 방전 메커니즘
4️⃣ SiC 피뢰기 (갭형)
5️⃣ ZnO피뢰기 (갭리스형)
6️⃣ 피뢰기의 보호적 용도
7️⃣ 현대전력 시스템에서의 중요성
8️⃣ 결론
피뢰기의 개념
피뢰기는 번개나 이상 전압으로부터 전기 장비를 보호하는 장치로, 고전압이 가해질 때 저항이 낮아져서 전류를 지면으로 유도함으로써 작동합니다. 이를 통해 전기 장비를 안전하게 보호하고 전기 시스템의 안정성을 유지합니다.
"피뢰기(Lightning Arrester)"와 "피뢰침(Lightning Rod)"은 비슷한 목적을 가지고 있지만, 약간 다른 역할을 하는 장치입니다.
- 피뢰기 (Lightning Arrester):
- 피뢰기는 번개가 발생했을 때 발생하는 고전압을 지상으로 안전하게 흘려보내어 전기 시스템이나 기기를 보호하는 장치입니다.
- 전기 시스템의 장비나 회로를 과전압으로부터 보호하기 위해 사용됩니다. 일반적으로 전기 변압기나 기타 중요한 전기 장비에 설치됩니다.
- 피뢰기는 과전압이 발생하면 동작하여 지상으로 전류를 흘려내어 전기 시스템이나 장비를 손상에서 보호합니다.
- 피뢰침 (Lightning Rod):
- 피뢰침은 주로 건물이나 높은 구조물의 옥상에 설치되는 장치로, 번개가 그 구조물을 타격할 때 번개의 전류를 흡수하고 지상으로 안전하게 분산시키는 역할을 합니다.
- 피뢰침은 주로 금속으로 만들어진 뾰족한 기둥이나 막대로 구성되어 있습니다.
- 번개가 구조물을 타격할 때, 피뢰침은 번개의 전류를 흡수하여 지상으로 안전하게 분산시켜 구조물이나 내부의 전기 시스템을 손상에서 보호합니다.
즉, 피뢰기는 전기 시스템이나 장비를 보호하기 위해 설치되는 장치이며, 피뢰침은 건물이나 높은 구조물을 번개의 타격에서 보호하기 위해 설치되는 장치입니다. 두 장치 모두 번개로부터의 손상을 최소화하고 안전을 유지하는 데 기여합니다.
피뢰기의 동작 원리
전통적인 피뢰기는 직렬 갭을 포함하고 있습니다. 이 갭은 이상 전압이 발생하면 빠르게 방전을 시작하고, 작동이 완료되면 후속 전류를 차단합니다. 최근에는 ZnO 소자를 사용한 갭리스 피뢰기가 널리 사용되고 있는데, 이 소자는 비직선 특성이 뛰어나 고전압을 효과적으로 제어할 수 있습니다.
방전 메커니즘
피뢰기의 핵심 부분은 특성 요소로, 탄화규소로 만들어진 비직선 저항형이 일반적으로 사용됩니다. 이 특성 요소는 고저항 상태에서 평상시에 있으나 고전압이 가해지면 그 저항이 낮아져서 대전류를 유도하게 됩니다. 이후 방전이 끝나면 다시 높은 저항 상태로 돌아가도록 설계되어 있습니다.
SiC 피뢰기 (갭형)
특성 요소
SiC (탄화규소)를 주로 사용하며, 이 요소는 고전압 상황에서 전기 특성이 크게 변화하는 비직선 저항을 가집니다.
동작 원리
고전압이 가해지면 SiC 피뢰기의 특성 요소의 전기 저항이 감소하고, 이에 따라 고전압을 흐르는 전류를 효과적으로 지면으로 유도합니다.
구조
직렬 갭을 포함한 전통적인 갭형 피뢰기는 이상 전압이 발생하면 빠르게 방전을 시작하고 작동이 완료되면 후속 전류를 차단합니다.
장점
안정적이고 신뢰성 높은 동작.
비교적 낮은 가격.
단점
일부 환경에서는 ZnO 피뢰기에 비해 효율이 낮을 수 있음.
전압 변화에 민감할 수 있음.
ZnO 피뢰기 (갭리스형)
특성 요소
ZnO (산화아연)를 주로 사용하며, 이 소자는 비직선 특성이 뛰어나 고전압 상황에서 안정적으로 동작합니다.
동작 원리
고전압이 가해지면 ZnO 피뢰기의 특성 요소의 전기 저항이 크게 감소하고, 이에 따라 고전압을 흐르는 전류를 효과적으로 지면으로 유도합니다.
구조
갭리스 피뢰기는 직렬 갭을 생략하고 ZnO 요소를 사용하여 고전압을 효과적으로 제어합니다.
장점
SiC 피뢰기에 비해 뛰어난 성능과 효율.
환경 변화에 대한 안정성이 높음.
단점
SiC 피뢰기에 비해 상대적으로 높은 가격.
일부 응용에서는 SiC 피뢰기와 비교해 별다른 이점이 없을 수 있음.
피뢰기의 보호적 용도
피뢰기는 발전소, 변전소, 송배전선로, 전차선로, 그리고 다양한 전기기기 등에 설치되어 고전압의 침입으로부터 보호됩니다. 이를 통해 전기 장비의 신뢰성을 유지하고 시스템의 안전성을 확보합니다.
현대 전력 시스템에서의 중요성
현대 전력 시스템은 높은 안정성과 신뢰성을 요구합니다. 피뢰기는 전기 시설을 번개와 같은 자연재해로부터 보호할 뿐만 아니라, 전력 시스템 내에서 발생하는 이상 전압으로부터도 전기 장비를 안전하게 지켜줍니다. 피뢰기는 전력 공급의 지속성과 안정성에 핵심적인 역할을 합니다.
결론
피뢰기는 전기 시설의 수호자로서 그 중요성이 더욱 부각되고 있습니다. 안정적인 전력 공급을 위해 효과적인 피뢰기의 설치와 유지보수는 필수적입니다. 이를 통해 우리는 안전하고 신뢰성 있는 전력 시스템을 구축할 수 있으며, 일상 생활과 산업 활동에 대한 의존도를 높일 수 있습니다.
'전기' 카테고리의 다른 글
| 직렬리액터, 분로리액터, 한류리액터, 소호리액터, 직류리액터 | 전력 시스템에서의 리액터 종류와 기능 (1) | 2023.11.29 |
|---|---|
| 밀만의 정리 쉽게 이해하기 Millman’s Theorem (1) | 2023.11.15 |
| 플레밍의 왼손법칙과 직류전동기 (0) | 2023.11.06 |
| 전력계통 안정화 장치 PSS 안정도 향상을 위한 초속응 여자제어 (1) | 2023.11.03 |
| 노튼의 정리 쉽게 이해하기 Norton's theorem (0) | 2023.10.25 |
