[공학기술] 피뢰기의 종류

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[공학기술] 피뢰기의 종류에 대한 보고서 자료입니다.

목차

◎ 피뢰기
◎ 피뢰기 관련용어
◎ 피뢰기의 보호효과
◎ 피뢰기의 분류

본문내용

치
- 역 할
비직선전압, 전류특성에 따라 방전할때는 대전류를 통과시키고 단자간 전압을 제한하여 방전후는 속류를 실질적으로 정지 또는 직열 갭으로 차단할 수 있는 정도로 제한하는 피뢰기의 구성부분
병렬저항 : 속류 크기의 제한을 돕고 아크를 소호하는 역할을 하며 저항을 적게 함으로서 누설전류를 적게하는 역할도 한다.
피뢰기 애관표면이 오손되어 습윤상태가 되면 애관표현의 누설저항이 적어지고 누설전류는 증가한다.
따라서 병렬저항을 적게하면 이 저항으로 흐르는 전류가 증가해서 애관표면으로 흐르는 누설전류의 영향을 적게하여 갭간의 전압분담을 균일하게 유지한다.
병렬콘덴서
애관과 내부와의 겉보기상의 정전용량의 영향을 받을 수 없게 되며 전압분담을 균일하게 유지하는데 목적이 있다. 또 직렬갭을 둘러 쌓도록 콘덴서를 설치하면 직렬갭의 분포대지 정전용량을 보정하고 오손으로 인한 직렬갭의 전압분담의 흐트러짐을 방지한다.
나. 갭레스형 피뢰기
산화아연(ZnO) 소자를 소정수 겹쳐서 절연봉으로 고정시키고 내부 유니트를 스프링으로 견고히 눌러 애관 또는 탱크내에 밀봉시켜 수납하고 있다.
※ ZnO결정 미립자의 저항은 저압에 의하여 변화하고 입계층(경계층) 저항과 용량은 주파수 및 온도에 의해 변화한다.
밀봉구조 : 일반적으로 자기애관에 플리지를 시멘트로 붙이고 밀봉고무(가스켓)을 통하여 금속뚜껑을 볼트로 고정하는 방식의 것이 많이 사용된다. 또 2500A 피뢰기는 애관에 밀봉 고무를 통하여 금속뚜껑을 직접 압착시키는 방식등 각각의 피뢰기에 적합한 방식이 채용되고 있다.
한편 밀봉구조 함으로서 내부봉입가스, 예를 들면 질소가스, SF6가스를 봉입하여 안정된 특성성을 장기간 보유하고 있다.
방압장치 : 피뢰기는 뇌써지, 개폐써지에 대하여 계통적으로 인위적인 약점을 구성하여 다른기기를 보호한다는 사명을 부담하고 있기 때문에 다른기기가 파괴되지 않아도 되는 정도 이상 상태에서도 피뢰기만 파괴되는 경우도 있고 사용조건 이상의 과혹한 상태하에서의 동작이면 파괴 되는것은 당연하다라고 생각할 수 있다.
피뢰기는 밀봉구조로 되어 있기 때문에 내부의 요소가 파괴되어 단락아크가 생기면 피뢰기 내부의 압력이 급격히 상승하고 애관이 폭발하여 광범위하게 비산할 위험성이 있다 이 때문에 피뢰기 규격에서는 공칭방전전류가 10000A이상인 피뢰기에 대해서만 방압시험을 부과하고 있다.
다. 피뢰기의 미립자 구조와 비선형 특성
기존에 사용하던 SiC소자와 갭레스 피뢰기에서 사용하는 ZnO소자의 미세구조는 그림과 같다.
SIC소자는 그림과 같이 지름이 100μm정도의 SIC입자에 자기질의 결합체를 혼합해서 굳힌 것인데 비직선저항 특성은 SiC입간의 접촉성질(접촉저항)에 기인하고 있다. ZnO소자는 지름이 약10μm의 양전도의 ZnO입자둘레에 이 입자를 분할하는 1μm이하의 고저항 금속산화물의 입계층에 의해 형성되어 있다 그 비직선저항 특성은 결정과 결정의 경계층, 즉 접합면에 의해 기인된다.
라. 산화아연형 소자의 미세구조
ZnO의결정은 N형반도체와 그 성질이 비슷하고 비저항은 1Ω㎝정도로 낮은 값으로 결정자체는 독특한 특성을 가진다 ZnO소자의 소결체는 그림과 같은 미세구조로 ZnO결정립은 약10μm-20μm의 크기로 그것을 둘러싼 입계층(경계층)은 50Å이하다
이 입계층은 그 자체적으로 비직선성을 나타내고 본래 절연체이기 때문에 인가전압 대부분이 이 입계층에 걸리고 이것이 전기적으로 항복하여 비직선 전압-전류 특성이 생긴다. 그러나 실제의 입계층은 방목상의 구조로 되어 있기 때문에 큰 고조항층은 형성하지 않다.
마. 산화 아연형 특성요소
산화아연을 주성분으로한 소결체로서 우수한 비직선 전압전류특성을 가지고 또 방전내량도 우수하다 산화아연 요소는 탄화규소 저항체에 비하여 비직선 특성이 우수하기 때문에 정격전압 또는 상규 운전전압에서는 약간의 누설전류 정도 밖에 흐르지 않아서 직렬갭이 없이도 피뢰기의 기능을 수행할 수 있다.
바. ZnO소자의 전압―전류 특성
ZnO소자의 V―I 특성은 일반적으로 다음 3종류의 전류 영역으로 구분한다.
(1) I의 항복 영역
전계가 인가되면 ZnO결정과 입계층의 경계면 전위장벽이 전계에 의하여 낮아지고 열전자가 장벽을 뛰어넘음으로서 전류가 흐르게 된다.
(2) II의 항복 영역
전계가 더 커지면 경계면에 트랩되었던 전자는 터널효과에 의하여 장벽을 빠져나가게 된다. 이 때문에 전류가 급격히 증가하고 큰 비직선성을 가리키게 된다. 이때 적용되는 식은 I = (V/C)ａ인데 ａ는 40 또는 그 이상이 된다.
(3) III의 대전류 영역
전류밀도가 더 커지면 ZnO의 결정의 비저항 성분(Rz)이 지배적이고 이 영역에서 ａ는 1에 가까워 진다.
(4) 비직성 저항 특성
비직선저항이라는 의미는 오옴의 법칙에 따르지 않는 전압과 전류의 관계를 말한다. 저항성분이 일정하게 고정된 값이 아니어서 전압이 전류에 비례하지 않는다는 의미다.
즉 반도체의 바리스터와 같은 의미로 해석하면 이해하기가 쉽다.
이 동작은 피뢰기의 전로와 접지측간의 저항이 평상시에는 절연저항에 가깝고 선로전압이 높아지면 전류가 흐르기 시작하지만 그후는 극히 적은 전압의 상승에 대하여 전류는 몇 제곱의 크기로 증가함으로 저항값은 극히 작은 값으로 감소한다.
3. 피뢰기의 방전특성
산화아연 소자가 뇌써지의 방전과 속류차단 기능을 가능하게 하는 것은 그림에서 처럼 탄화규소(SiC) 특성요소와 산화아연(ZnO)소자의 전압-전류특성에서 속류 차단을 하는 전압영역에서의 방전전류값에 큰 차이가 있기 때문이다. 즉 그림에서 상규대지전압 영역에서 방전전류를 구하면 두 소자의 전류차는 106정도 이고 ZnO소자의 비직선 저항 특성이 현저히 우수해 실질적으로 속류가 흐르지 않을 정도로 전류를 억제하는 것을 알 수 있다.
4. 피뢰기에 요구되는 성능
가. 제한전압 또는 충격방전개시전압이 충분히 낮고 보호능력이 있을 것
나. 속류차단이 완전히 행해져 동작책무특성이 충분할 것
다. 대전류의 방전, 속류차단의 반복동작에 대하여 장기간 사용에 견딜 수 있을 것
라. 상용주파 방전개시전압은 회로전압보다 충분히 높아서 상용주파방전을 하 지 않을 것

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