직선형 접지전극의 과도접지임피던스에 대한 해석기법

Title
직선형 접지전극의 과도접지임피던스에 대한 해석기법
Authors
김종호
Keywords
직선형접지전극의과도접지임피던스에대한해석기법
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
접지전극의 역할은 피보호시스템에 유입되는 서지나 고장전류 등의 이상전류를 안전하게 대지로 방류시켜 이상전류로부터 시스템을 보호하는 것이다. 현재 국내의 접지전극 성능평가는 대부분 접지저항의 측정에 의해 이루어지며, 접지저항이 낮을수록 이상전류에 의한 전위상승을 낮출 수 있으므로 그 특성이 우수한 것으로 평가한다. 접지저항은 상용주파수 전류와 같은 저주파 전류에 대한 접지전극의 특성이며, 접지전극의 규모를 증가시킴으로써 낮출 수 있다. 하지만, 고주파성분을 함유한 뇌격, 개폐서지 등의 서지전류와 전자통신기기의 전자기장해(EMI)를 유발하는 고주파 이상전류에 대하여 접지전극은 주파수에 의존적인 상당히 복합적인 임피던스의 특성을 보인다. 따라서 서지전류와 고주파 이상전류에 대한 접지전극의 성능은 접지임피던스에 의해 평가하는 것이 바람직하다. 이러한 접지전극의 임피던스 특성은 접지전극의 형상, 인가전류의 주파수, 토양의 특성에 영향을 받으며, 접지저항과는 달리 단순히 접지전극의 규모를 증가시킴으로써 낮출 수 없다. 수직접지전극과 매설지선과 같은 직선형 접지전극의 접지임피던스 특성은 분포정수회로모델로 해석이 가능하며, 분포정수회로모델을 이용한 모의해석 결과에 따르면, 각 토양의 특성과 서지 전류 조건에 따라 접지임피던스가 최소값을 보이는 접지전극의 길이가 존재하며, 이 최소값을 보이는 접지전극의 길이를 각 토양의 특성과 서지 전류 조건에 대한 임계길이로 정의한다. 본 논문에서는 이러한 기존의 직선형 접지전극의 분포정수회로모델을 개선함으로써 접지전극이 시설된 대지구조와 접지도선의 인덕턴스 영향을 고려하여 보다 정확하게 접지임피던스 특성을 모의해석하는 방법을 제안하였다. 이 제안한 방법을 토대로 직선형 접지전극의 접지임피던스의 주파수 특성, 임펄스전류에 대한 과도특성을 모의해석하고 그 결과를 실제 측정결과와 비교 · 분석함으로써 그 타당성을 검토하였다. 직선형 접지전극의 특성을 평가 · 분석한 결과를 설계 시 반영하여 접지시스템의 성능을 향상시키는 데 일조할 수 있도록 접지임피던스 시뮬레이션 프로그램을 제작하였다. 또한 각 토양조건과 서지 전류에 대한 접지전극의 임계길이를 산정하여 이상전류에 대해 가장 효과적인 접지시스템을 시설하는 한편, 단순히 규모를 크게 하여 접지저항을 낮추는 과도한 접지전극 시설을 배제하여 경제성을 높이는 효과를 얻을 수 있는 접지시스템의 설계를 위한 기초자료를 제공할 목적으로 이 연구를 수행하였다.
Description
1. 서 론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 연구 목적 3 2. 접지임피던스의 모의해석기법 4 2.1 접지전극의 분포정수회로모델 6 2.1.1 분포정수회로모델의 이론적 배경 6 2.1.2 분포회로정수의 산정 7 2.1.3 접지임피던스의 산출 11 2.2 다층 대지구조에서의 분포정수회로모델 12 2.3 접지도선의 인덕턴스에 의한 영향의 고려 14 3. 접지임피던스의 주파수 의존성에 대한 모의해석 17 3.1 접지임피던스의 주파수 의존성에 대한 측정방법 18 3.2 접지전극의 크기에 따른 접지임피던스 특성 분석 20 3.2.1 모의해석 조건 20 3.2.2 모의해석 결과 및 분석 21 4. 임펄스전류에 대한 접지전극의 규약접지임피던스 해석 38 4.1 접지전극의 규약접지임피던스 해석 39 4.2 임펄스 전류에 의한 모의해석 40 4.2.1 EMTP의 임펄스전류원 40 4.2.2 모의해석 조건 40 4.2.3 규약접지임피던스의 측정 방법 41 4.3 접지전극의 규약접지임피던스 특성에 대한 모의해석 결과 및 분석 43 4.4 단시간 뇌격전류에 대한 접지전극의 임계길이 산정 46 5. 과도접지임피던스 분석 프로그램의 개발 49 5.1 분포정수회로모델을 이용한 직선형접지전극의 모의 방법 51 5.1.1 직선형접지전극의 접지저항 및 주파수에 따른 접지임피던스 산정 51 5.1.2 단시간 뇌격전류에 대한 직선형접지전극의 규약접지임피던스 산정 51 5.1.3 분포정수회로모델을 이용한 직선형접지전극의 임계길이 산정 55 5.2 과도접지임피던스 분석 프로그램의 기본 인터페이스 57 5.3 과도접지임피던스 분석 프로그램의 입력 및 출력 예시 60 6. 결 론 65
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22623
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College of Engineering(공과대학) > Electrical Engineering (전기공학) > Theses(전기공학 석박사 학위논문)
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