인체 안전을 위해 필요로 하거나 원하거나 간에 몇 가지 종류의 보호기기를 포함하고 있는 직류 전철변전소에서의 직류용 구조물 및 외함의 접지시공은 대부분의 사용자에 의해 더 이상 의문이 없다. 해결되지 않은 문제는 외함이 고저항의 보호장치를 통해 접지되어야 하는지 또는 저저항의 보호장치를 통해서 접지되어야 하는가이다.
NEMA SG-5에서는 275V 이상의 단극직류회로를 포함하고 있는 구조물은 접지하지 말아야 하고 비교적 높은 저항의 보호 또는 표시기기에 의해서만 대지로 연결하도록 권고하고 있다. NEC 250-42(a)항에서는 전류가 통할 수 있는 노출된 비통전의 금속부는 접지면으로 부터 수직으로 8피트 또는 수평으로 5피트이내라면 접지되어야 한다고 규정하고 있다. 고저항 보호장치와 저저항 보호장치를 비교하면 다음과 같다.
고저항 접지 시스템
정류기반과 직류배전반의 구조물은 저저항 접지용에서와 같이 똑같은 방법으로 지면으로부터 절연되어야 한다. 보통 절연변압기, 다이오드 브릿지, 저항분압기 및 2개의 전류감지 계전기로 구성되는 계전기 시스템이 사용된다. 일정한 전압이 외함과 대지 사이에 인가된다. 이 전압은 64M계전기가 여자되도록 64M계전기에 전류를 발생시킨다.이 계전기로의 제어전압의 상실 또는 외함에서 대지까지의 고장은 64M계전기를 소자시키는 원인이 되고 계전기가 여자될때 열려있는 접점은 외함이 접지되었거나 전원이 상실되었음을 표시하기 위해 닫힌다.
운송시스템에서와 같이 부극모선은 부극에서 대지까지의 고장을 접지시키기 위해 상대적으로 낮은 저항을 갖고 여자된 큐비클을 표시하기 보다는 접지된 외함을 표시한다. 양극에서 외함까지의 고장은 대지에 대한 외함의 전위를 증가시킨다. 이것에 의해 증가된 전류가 64및 64M 계전기를 통해서 흐른다. 64M계전기는 이미 여자되어 있으나 증가된 전류는 64계전기가 교류 및 직류차단기 트립회로에서 접점이 닫히는 것을 검출하도록 한다.
장점
낮은 고장전류 : 양극, 부극 외함의 접지고장에 대한 단지 몇 암페어 전류의 검출
단점
바닥 및 벽면 절연비용이 높음 ; 바닥 및 벽면 절연에 의존하는 인명에 대한 부적절한 안전성
벽면절연이 제공되지 않으면 접지된 장비와 고저항으로 접지된 장비간에 필요한 거리 때문에 변전소의 Size가 커짐
고장이 직류급전용 차단기 후단인 경우 이웃한 변전소의 트립이 곤란함
양극에서 프레임으로의 고장인 경우에 부극용 단로기가 개방되어 있으면 트립되지 않음
큐비클의 고전위 시험중에 제어회로가 파손될 우려가 있음
저저항 접지 시스템
유럽에서는 저저항 보호장치가 사용된다. 정류기 큐비클과 직류 차단기반 구조물은 지면으로부터 절연된다. 모든 외함은 순시과전류 계전기를 통해 대지에 연결된다.양극에서 큐비클까지의 고장인 경우에는 이들 과전류계전기가 고장전류를 검출하고, 이 고장전류는 부극과 대지사이의 저항에 의해 제한되며 모든 교류 및 직류 차단기를 트립시킨다. 더우기 60-120V의 설정범위를 갖고 있는 전압계전기는 부극에서 대지까지의 모든 위험전압을 검출하고 또한 교류 및 직류 차단기를 트립시키기 위해 부극과 대지 사이에 연결한다.
대개의 운송시스템에서 사용되는 것과 같이 선로의 양단에서 전원이 공급되는 직류시스템에서는 고장이 직류차단기의 후단에서 일어날때 고장변전소에 있는 차단기의 트립은 이웃한 변전소에서 고장점으로 전원공급이 계속될 수 있기 때문에 고장이 제거될지는 확실하지 않다.
이러한 문제를 극복하기 위해 모든 직류 급전용 차단기에는 전류상승율 및 차전류의 계전기가 장착되고 이 계전기는 이러한 종류의 고장을 검출하며 이웃한 변전소의 관련 차단기가 트립되도록 한다.
장점
인체에 대해 안전성
바닥 또는 벽면절연을 위한 비용이 들지 않음
변전소 Size가 적음
이웃한 변전소에 대한 확실한 트립
부극용 단로기가 전압계전기에 의해 개방된 경우에도 트립
외함의 내전압 시험시 제어회로의 파손이 없음
단점
보다 높은 고장전류 에너지, 이고장전류는 몇 백 암페어 범위에 있음
위험전압이 나타나지 않는 한 외함에 대한 부극고장을 검출하지 못함
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