본 논문에서는 저전압 기기의 전자회로를 보호하는 서지보호장치(surge protective devices, SPD)의 기술에 대하여 논의하고자 한다. 먼저 저압 전력계통에서 발생하는 전원장해(power disturbance) 종류 및 서지보호장치와의 상호관계를 고찰하였다. 또한 서지보호장치의 보호소자 및 특성, 구성기법을 고찰하고, 최근 IEC 및 IEEE 규격을 소개하고자 한다. 마지막으로 국내의 문제점 및 발전방안을 제안하였다.
본 논문은 뇌격전류에 따른 저압 배전계통의 전자식 전력량계 및 배전 패널의 통신설비와 전원장치를 보호할 목적으로 사용하는 서지보호장치(SPD)에 관한 것이다. 서지보호장치(SPD)는 접속방식에 따라 1-포트 서지보호장치(SPD)와 감결합 요소를 포함한 2-포트 서지보호장치(SPD)로 구분된다. 뇌격전류에 대한 내부 시스템의 보호는 협조된 서지 보호체계를 이루는 계통적인 접근이 필요하다. 이에 대응하기 위해 이론적인 검토를 통해 피뢰구역(LPZ) 정의에 대한 고찰 및 해석을 진행하였다. 뇌서지에 의한 뇌격전류는 상당히 크기 때문에 하나의 서지보호장치(SPD)로 방호하기에는 한계가 발생하며, 이를 해결하기 위해 다단의 종속적으로 서지보호장치(SPD)를 설치하게 된다. 본 논문에서는 전력계통에 있어 한전계통에 연계되는 Incoming side가 아닌 건물 내에 설치되는 분기형 배전패널 내부의 전자식 전력량계 및 각종 통신(제어)설비를 보호할 목적으로 한전계통이 연계되는 MOF 단에 설치되는 LPZ0에 해당하는 피뢰기(LA, SA)와 보호협조를 이루는 LPZ1과 LPZ2의 경계영역에 설치하는 저압 배전계통용 II등급 서지보호장치(SPD)에 대해 설계를 하였다. 또한 감결합 요소가 없고, 부하 전류를 흘릴 수 있는 직렬 접속 방식의 1-포트 서지보호장치(SPD)에 대한 최적의 설계 방안을 도출하고 실험을 통해 기존의 방식과 비교하여 성능 개선과 관련한 검증을 실시하였다.
본 논문은 레이더장비에 적용되는 저압전력계통의 서지보호장치 기능개선에 관한 연구이다. 레이더장비 초도양산 중 전체 서지보호장치(직류 전원, 교류 전원, 통신선) 중에서 교류 전원 관련 서지보호장치에 대한 규격 강화의 필요성이 확인되었다. 그에 따라 레이더 시스템의 서지보호장치에 대한 사전 품질 확보 목적으로 장비의 안정적 성능 구현 여부 검토 및 기능개선에 대한 연구를 수행하였으며, 연구 결과 기능 및 신뢰성이 강화된 서지보호장치를 레이더 시스템에 적용하여 안정적 저압 서지보호기능을 확보하였다. 본 논문에서는 개발당시 적용된 규격인 IEEE C62.41 Cat B3에서 초도양산시 변경된 KS C IEC61643-11 규격에 따라 서지보호장치의 KS규격에 명시된 요구사항 및 시험방법을 기반으로 한 성능 시험을 하였고, 그 결과 일시적 열안정성(Thermal Stability) 시험에서 서지보호장치가 파괴됨을 확인 하였다. 그 결과에 따른 원인분석 및 개선방안을 도출하였고, 개선된 서지보호장치에 대하여 재시험 결과 성능을 충족하지 못한 열안정성시험에 대한 개선이 되었음을 확인하였다. 또한 개선된 서지보호장치로 인해 레이더 시스템 단위에서의 안정적 동작여부를 확인하기 위하여 체계영향성 확인을 위한 체계 부착시험을 수행하였고, 그 결과 레이더 시스템단위에서 모든 기능이 정상임을 확인하였다.
본 연구에서는 철도 시스템에서 발생할 수 있는 서지관련 전자기장해 현상을 고찰하고, 철도 시스템용 서지보호장치가 갖추어야 할 기본 성능을 검토하였다. 서지보호장치 관련 철도규격을 국제규격과 비교 검토한 결과 성능평가 항목에 있어서 개선사항을 발견하였다. 이러한 사항들을 토대로 하여 철도규격의 개정방안을 제시하였다.
I본 논문은 교류 전원용 바리스터와 LC필터를 조합한 서지 보호장치에 대해서 기술하였다. 지금까지 교류 전류용 서지 보호장치로써 바리스터만이 주로 사용되어 왔으나, 이것은 급상승하고 높은 잔류전압 때문에 보호되어야 할 장비에 해로운 결과를 초래하는 경우도 있다. 따라서 본 연구에서는 교류 전원용 서지 보호장치의 차단 성능을 향상시키기 위하여 바리스터와 LC필터로 구성된 조합형 서지 보호장치를 설계.제작하였다. 그리고 서지 보호장치의 동작특성과 차단 성능의 분석에 대한 실험을 1.2/50[$\mu\textrm{s}$] 임펄스 발생기를 적용하여 수행하였다. 결론적으로 본 연구에서 제시한 조합형 서지보호장치는 서지 전압을 더욱 낮게 제한할 수 있고, dV/dt의 값을 매우 낮은 값으로 감소시키며, LC필터에 의한 출력단의 고주파 전압을 효과적으로 감쇠시킬수 있기 때문에 전자시스템의 손상과 전도를 더욱 더 효과적으로 방지할 수 있다.
본 논문에서는 산업현장에서 자연현상에 의하여 발생하는 임펄스성 서지(surge)에 의한 PoE(Power Over Ethernet)시스템의 통신 장애를 예방하기 위하여 이중화된 임펄스성 서지 보호회로를 설계하여 PoE 통신설비의 임펄스성 서지의 대책 방안을 제안하였다. PoE에 따른 임펄스성 서지신호의 특성을 분석하기 위하여 국제표준 IEC 61000-4-5에 적합한 서지 발생장치를 개발하였으며 서지 발생장치를 PoE 데이터 전송 라인에 인가하여 설계 제작한 이중화된 PoE 전원공급 보호회로에 의하여 순차적으로 임펄스성 서지 신호가 약화됨을 확인하였다.
정보통신망 신호선로는 전원선과 더불어 가공선로로 구성되어 있어 뇌서지에 대한 노출이 심각하다. 전원선로의 접지와 통신선로 접지 상호간에 나타나는 전위차로 인하여 통신선에 접속된 전자장비는 뇌서지에 의해 쉽게 손상될 수도 있다. 본 연구에서는 뇌서지로부터 정보통신설비를 신뢰성 높게 보호하는 기법을 개발할 목적으로 실규모 회로에서 서지보호장치의 성능과 신뢰성에 대한 실증실험을 수행하였다. 전원선과 통신선을 통하여 입사한 뇌서지 에 대한 서지보호장치의 동작특성과 보호장치의 설치방법이 뇌서지 보호효과에 미치는 협조특성을 평가하였다. 그 결과 정보통신설비용 뇌서지 보호장치를 바이패스 어레스터를 이용한 공통접지법으로 설치하는 것이 매우 효과적임을 확인하였다.
본 논문에서는 철도 시스템에서 사용하는 저압 전원용 서지보호장치(surge protective devices) 규칙의 성능평가 항목 및 성능개선 방안에 대하여 고찰하였다. 먼저 철도시스템 환경과 관련된 전자기장해(electromagnetic interference) 현상을 검토하였다. 그리고 국제규격인 IEC 및 IEEE와 평가항목 및 펑가방법 등을 비교 검토하였다. 검토 결과 국내 철도관련 규격은 국제규격과 비교하여 비교하여 발견하였다. 개선방안으로 서지 보호소자 단위의 시험은 삭제하고, 규격 종류는 전원용과 신호용으로 분리하며, 서지 파형은 국제적으로 인정된 것을 사용하도록 제안하였다. 철도용 저압 서지보호장치에 대해 서지제한전압 측정 및 서지 수명시험을 국제규격에 따라 시험한 결과 만족스러운 결과를 얻었다.
피뢰기란 뇌서지 및 개폐서지로 인한 과도적 이상전압으로부터 전력설비의 기기를 보호하는 장치이다. 종래에는 주로 전력시설물을 그 보호대상으로 하고 있었으나 최근에는 건축물의 내부에 사용하는 정보통신기기를 보호하는 기술도 발달하고 있다. 본론에서는 고압기기를 보호대상으로 하는 피뢰기에 대하여 살펴보겠다.
피뢰기란 뇌서지 및 개폐서지로 인한 과도적 이상전압으로부터 전력설비의 기기를 보호하는 장치이다. 종래에는 주로 전력시설물을 그 보호대상으로 하고 있었으나 최근에는 건축물의 내부에 사용하는 정보통신기기를 보호하는 기술도 발달하고 있다. 본론에서는 고압기기를 보호대상으로 하는 피뢰기에 대하여 살펴보겠다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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