전력선과 통신선의 서지억제 협조

개요

전에는 전력선용 접지와 통신선용 접지를 분리해서 시공하였으나, 요즈음은 접지계통을 등전위로 유지하기 위해 시스템의 접지들을 서로 본딩(bonding)한다. 그런데, 전력계통에 고장(fault)이 발생하는 경우에는 접지전위가 상승하여 전위에 민감한 통신선에 전달될 수 있다. 게다가, 본딩선의 임피던스 때문에 장비를 절연(isolation)하는 데 문제가 생길 수도 있다. 따라서 사고 시에는 절연상태를 유지하면서, 서지가 들어 올 때에는 전력계통 접지와 통신계통 접지 사이에 등전위를 유지해 주는 장치를 설치하거나 각 장비(equipment)의 단자에 SPD(Surge Protective Device)를 설치해야 한다. 

1. 접지임피던스가 낮아야 한다
접지시스템의 과도성능(transient performance)이란 계통에 서지(transient energy)가 들어올 때, 전위상승을 최소화하고 장비와 사람을 안전하게 지켜주면서, 그 서지를 대지로 흘려보내는 일을 얼마나 잘 하는가 하는 척도이다.

접지 시스템에서 중요한 요소 중의 하나는 장비를 접지에 본딩해주는 배선과 결선(wiring and connection)이다. 접지 시스템이 잘못 설계되면, 서지가 침입할 때 접지전압이 과도하게 상승하여 flashover를 일으킨다. 또 배선과 본딩이 잘못되면 서로 다른 시스템 접지 간의 전위차가 커져 다른 케이블에 서지전압을 인가하기도 한다. 

접지계통을 간단한 L-R 회로로 간주한다면, 서지에 의해 유도되는 접지전압은 다음과 같이 나타난다.
    V = L * di/dt + R * I

여기서, 다음과 같은 특성을 가지는 길이 1m의 접지선에 40kA(8*20µsec)의 낙뢰전류가 흐른다고 가정하면, 
                저항 : 0.01/m  
인덕턴스 : 1.0µH/m  

I = 40kA  
di/dt = 40 * 10exp(3) / (8 * 10exp(-6)) = 5.0 * 10exp(9) A/sec
    V = (1 * 10exp(-6)) * (5.0 * 10exp(9)) + (1 * 0.01) * (40 * 10exp(3))
      = 5,000 + 400V 
      = 5.4kV
이 접지선에 5.4kV나 되는 전압이 걸리게 된다.

이에 따라, 멀리 떨어져 있는 다른 접지(0V)에 연결된 시스템과 이 접지 사이에 역섬락(back flashover)이 일어나게 된다. 전력선이나 통신선이 직접 또는 간접적으로 서로 다른 접지에 연결된 경우에 이러한 상황이 벌어지게 된다. 그런데, 대부분의 전력선이나 통신선이 직접 또는 간접적으로 다른 접지에 연결되어 있다. 

위에 설명한 내용은 대지에 이르는 임피던스를 최소화하기 위해 접지시스템의 임피던스를 낮춘다는 것이 얼마나 중요한가를 매우 간단명료하게 보여주는 것이다. 가장 짧게 곧장 대지(ground)에 이르도록 하는 것이 제일 좋은 효과를 나타낸다