[논문]고속전철에 의한 통신선로 전력유도 현상에 관한 고찰

오호석; 강성용; 윤주영; 김학철; 최경

고속전철에 의한 통신선로 전력유도 현상에 관한 고찰
A Study on the Induced Voltages on Subscriber Telecommunication Lines from High-Speed Electrified Railway Line 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. TC, 통신, v.45 no.10 = no.376, 2008년, pp.71 - 79

오호석 ((주)KT) , 강성용 ((주)KT) , 윤주영 ((주)KT) , 김학철 ((주)동남통신) , 최경 (강원대학교)

초록
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본 논문은 고속 전기철도 시설로 인해 가입자 통신선로에서 발생하는 전력유도에 대한 현상과 관련 규정 및 유도전압 측정 결과를 분석한 것이다. 전력유도 현상의 명확한 이해를 돕기 위하여 이론적 배경을 제시하였고, 국내 법규에서 이상시유도위험전압, 상시유도위험종전압, 기기오동작유도종전압, 잡음전압 등으로 구분되는 유도전압 중에서 공통모드 전압에 해당하는 상시유도위험종전압과 잡음평형도 평가에 필요한 선대지잡음전압 및 차동모드전압인 선간잡음전압을 우리나라 고시 측정방법에 따라 측정하였다. 측정을 위해 이격거리가 각각 약 20 m와 300 m인 2 km 길이의 통신선로를 설치하여 실험하였으며 측정된 유도전압의 변화 및 파형 특성 등을 비교, 분석함으로써 고속전철에 의한 통신선로 전력유도 현상을 고찰하고 현행 측정방법의 타당성을 검토하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper analyzed the voltage induction phenomena on the telecommunication lines by electromagnetic coupling from high-speed A.C. electrified railway. The induced common mode voltages and the induced differential mode voltage on the telecommunication line was measured by notified standard method in the regulation of Korea. The test lines consist of 2 separated lines of 20 m and 300 m in influence distance each for comparison, with 2km inducing length. The analysis is made on the induced voltages from the different influence distances and the different earthing points, and also on the waveform and spectrum distributions. It is proved that the induction is arisen so good and the measured values are fair enough against noise such as the earth voltage differencing, and the current measuring scheme is also rightful.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

동일하다는 것을 의미한다. 따라서 본 실험을 통하여 이를 규명해 보고자 한다.
또, 단말 접지점의 위치변경은, 측정 결과에서 대지 전위차의 크기가 유도전압의 크기에 대하여 매우 크다면 측정용 접지의 변경에 따라 대지전위 성분의 변화가 크게 나타나야 하는 데, 이를 시험해 보기 위한 것이다. 그림 7에서 좌측 측정점의 VL은 선과 대지간의 유도전압이고 PIF(Power Influence)는 선과 대지간의 선대지 잡음전압을 의미한다.
이를 위해 우선 전력유도현상의 기본 메카니즘을 살펴보고, 전철 선로와 인접된 통신선로를 대상으로 고시에 제시되어 있는 유도전압 측정방법(이상시유도위험전압, 상시유도위험종전압, 기기오동작유도종전압) 및 선-대지잡음 전압 측정방법을 이용하여 실제 측정한 결과를 보였다. 또한, 이를 통하여 현재 고시된 측정 방법이 Wenner의 4전극법을 이용한 대지비저항 즉정법과 유사하여 전차선에서 유도되는 유도전압과 대지전위차가 함께 계측되어 심각한 오차를 유발시킨다는 논고区에 대해 사실 여부를 확인해 보았다. 그리고 현재 발생 되는 유도전압이 발생원의 기본주파수(60 Hz)를 넘는 고주파 범위에서도 많은 위험성을 내재하고 있음을 실험을 통하여 확인하였다.
본 논문에서는 고속철도 주변에 시험용 통신선로를 설치하고 우리나라 고시에서 제시하고 있는 유도전압, 선간잡음전압, 선대지잡음전압을 측정하여 봄으로써 고속전철에 의한 통신선로 전력유도 현상을 고찰하고 측정 방법의 타당성을 검토하였다. 이론적으로도 제시된 것처럼 전철주위에는 전력유도 현상이 발생하고 있으며, 고시에 제시된 측정방법으로 측정한 결과는 전력 유도 현상을 충분히 나타내고 있다고 볼 수 있었다.
본 논문은 고속전철이 운행하는 환경에서 통신선로에 나타나는 전력유도 현상을 고찰하기 위한 것이다. 이를 위해 우선 전력유도현상의 기본 메카니즘을 살펴보고, 전철 선로와 인접된 통신선로를 대상으로 고시에 제시되어 있는 유도전압 측정방법(이상시유도위험전압, 상시유도위험종전압, 기기오동작유도종전압) 및 선-대지잡음 전압 측정방법을 이용하여 실제 측정한 결과를 보였다.

제안 방법

또한, 단말 접지 위치에 따라 측정된 유도전압이 변화하는가에 대한 여부를 확인하기위해 단말 접지 위치가 전철 선로로부터 20 m, 200 m, 300 m 거리에 있는 경우에 대해 유도전압을 측정하였다. 앞의 측정과 같이 이격 거리가 서로 다른 두 개 루트의 통신선로를 동시에 측정하여 상위 5 %의 데이터를 평균한 결과를 그림 12에 보였다.
유도전압 및 선대지잡음전압 측정을 위해 한 쪽 단말이 접지되어야 하는데 접지점의 위치에 따른 측정값의 변화를 분석하기 위해 그림 5의 우측과 같이 전철 선로로부터 20m, 100m, 200m, 300m 지점에 접지점을 두어접지 위치별로 측정할 수 있도록 하였다. 측정기의 접지 및 단말 접지저항은 91-97 Q으로 구성하였다.
것이다. 이를 위해 우선 전력유도현상의 기본 메카니즘을 살펴보고, 전철 선로와 인접된 통신선로를 대상으로 고시에 제시되어 있는 유도전압 측정방법(이상시유도위험전압, 상시유도위험종전압, 기기오동작유도종전압) 및 선-대지잡음 전압 측정방법을 이용하여 실제 측정한 결과를 보였다. 또한, 이를 통하여 현재 고시된 측정 방법이 Wenner의 4전극법을 이용한 대지비저항 즉정법과 유사하여 전차선에서 유도되는 유도전압과 대지전위차가 함께 계측되어 심각한 오차를 유발시킨다는 논고区에 대해 사실 여부를 확인해 보았다.

대상 데이터

고속전철 시설에 의한 유도전압 예측계산은 철도 노선을 중심으로 양측 각각 1 km 범위 내에 있는 통신 시설을 대상으로 한다. ITU-T 지침서에서는 3 km로 제시되어 있다.
2개의 루트로 구성되어 있는데 1개 루트는 전철 선로와 약 20m의 이격거리로 약 2km 병행 설치되어 있고, 다른 1 개 루트는 전철 선로와 약 3(畑 의 이격으로 역시 약 2km 병행 설치된 것이다. 좌측의 측정점은 두 루트간의 중간 지점으로서 전철 선로로부터 약 150 m 지점을 선정하였다.
측정기의 접지 및 단말 접지저항은 91-97 Q으로 구성하였다. 측정된 통신케이블은 심선경 0.5 mm의 통신회선이 15쌍으로 구성된 FSCFoam Skin) 케이블이다. 그림에서 전철 선로의 급전구분소는 급전구분소를 중심으로 좌 우 양측으로 전력을 공급하는 곳이다.

성능/효과

고속전철에서 나타나는 전력유도는 대부분이 전자 유도결합에 의한 것이며, 이격거리에 따른 상호인덕턴스의 차이와 비례하는 것을 확인하였다. 경로를 달리하는 선로와 접지 점의 변화를 통하여 측정결과에의 대지전위차 포함 여부를 고찰해 본 결과 측정값에 심각할 정도의 영향을 주지 않으므로 큰 문제가 없음을 확인하였다. 케이블 내에 다심선이 있는 경우 각 회선에 나타나는 선간 잡음은 크기가 서로 다르게 나타날 수 있으므로 측정시 특히 주의해야 할 점임을 알았으며, 유도되는 유도전압 및 잡음에는 고조파가 매우 크게 포함되어 있으므로 이에 대한 대비가 앞으로 수행되어야 한다.
이론적으로도 제시된 것처럼 전철주위에는 전력유도 현상이 발생하고 있으며, 고시에 제시된 측정방법으로 측정한 결과는 전력 유도 현상을 충분히 나타내고 있다고 볼 수 있었다. 고속전철에서 나타나는 전력유도는 대부분이 전자 유도결합에 의한 것이며, 이격거리에 따른 상호인덕턴스의 차이와 비례하는 것을 확인하였다. 경로를 달리하는 선로와 접지 점의 변화를 통하여 측정결과에의 대지전위차 포함 여부를 고찰해 본 결과 측정값에 심각할 정도의 영향을 주지 않으므로 큰 문제가 없음을 확인하였다.
또한, 이를 통하여 현재 고시된 측정 방법이 Wenner의 4전극법을 이용한 대지비저항 즉정법과 유사하여 전차선에서 유도되는 유도전압과 대지전위차가 함께 계측되어 심각한 오차를 유발시킨다는 논고区에 대해 사실 여부를 확인해 보았다. 그리고 현재 발생 되는 유도전압이 발생원의 기본주파수(60 Hz)를 넘는 고주파 범위에서도 많은 위험성을 내재하고 있음을 실험을 통하여 확인하였다.
2V로. 분석되었고, 300m 이격 선로의 경우 평균 4.1V, 표준편차 0.3V로서 단말 접지 위치에 따른 변화는 거의 없었으며 선대지 잡음 전압의 경우에도 20m 이격선로는 평균 4, 480mV, 표준편차 60mV, 3加 이격선로는 평균 463 mV, 표준편차 23mV로서 역시 단말 접지 위치에 따라 큰 차이를 보이지 않았다. 여기서 20m 이격 선로의 경우 단말 위치가 전철 선로로부터 멀어짐에 따라 약간 상승하는 경향이 있고, 300m 이격 선로의 경우에는 반대로 단말 위치가 전철 선로로 가까워짐에 따라 약간 상승하는 경향을 보이는데 이것은 측정을 위해 단말 접지점까지 측정 회선을 최대 300m 연장하게 되는데 이로 인해 나타나는 현상이라 보인다.
이 측정 그래프는 단말의 접지점을 전철 선로로부터 100m 이격하여 접지하고 시간에 따라 변화하는 실효 전압(Vrms)을 기록한 것이다. 우선 그림에서와 같이 20m 이격 선로와 300m 이격 선로에서 나타난 유도전압은 명확하게 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한
위의 결과로부터 유도전압 측정시에 측정회선 단말의 접지 위치변화가 측정결과에 큰 영향이 나타나지않음을 알 수 있으며, 이는 그림 5의 실험회로에서 보듯이 본 실험이 의도적으로 횡방향 대지전압변화를 포함한 경우임에도 불구하고 대지전압 변화가 측정값에 큰 영향을 미치지 않았음을 의미한다. 그러므로 유도전압에 크게 영향을 주는 요소는 전철선로와의 이격거리임을 확인할 수 있었다.
타당성을 검토하였다. 이론적으로도 제시된 것처럼 전철주위에는 전력유도 현상이 발생하고 있으며, 고시에 제시된 측정방법으로 측정한 결과는 전력 유도 현상을 충분히 나타내고 있다고 볼 수 있었다. 고속전철에서 나타나는 전력유도는 대부분이 전자 유도결합에 의한 것이며, 이격거리에 따른 상호인덕턴스의 차이와 비례하는 것을 확인하였다.
이 결과는 앞서 계산하였던 상호인덕턴스 비율과 매우 유사한 결과가 나타남을 확인하였다. 한편, 이와 같은 결과로부터 유도전압 측정 방법이 대지전위차를 측정하는 것이 아니며, 인덕턴스결합에 의한 유도전압을 측정하고 있음을 확인하였다.

후속연구

케이블 내에 다심선이 있는 경우 각 회선에 나타나는 선간 잡음은 크기가 서로 다르게 나타날 수 있으므로 측정시 특히 주의해야 할 점임을 알았으며, 유도되는 유도전압 및 잡음에는 고조파가 매우 크게 포함되어 있으므로 이에 대한 대비가 앞으로 수행되어야 한다. 전력유도 현상은 이미 이론적으로 확립되어 있고 국외기준이 제시되어 있지만, 국내에서도 향후 지속적인 연구를 통해 국내에서 나타나는 전력유도 현상을 규명하고 합리적인 대책 방안이 수반되도록 해야 할 것이다.
특히 (b)의 경우에는 기본파 성분에 거의 육박하는 크기를 보여주고 있다. 현재의 예측식 들이 앞에서 제시한 것처럼 60Hz 혹은 800Hz를 기준으로 작성되었으나 앞으로 디지털 통신의 발달로 더 많은 대역폭을 사용할 것으로 예상되며, 이 경우 전철 등에서 발생되는 고조파는 더 큰 악 영향을 끼칠 수 있으므로 이에 대한 고려도 필요할 것으로 사료된다.

참고문헌 (11)

ITU-T Directives, Directive concerning the protection of telecommunication lines against harmful effect from electric power and electrified railway lines, 1989
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ITU-T Recommendation K.53, Values of induced voltages on telecommunication installations to establish telecom and a.c. power and railway operators responsibilities, 2000
ITU-T Recommendation K.68, Management of electromagnetic interference on telecommuni- cation systems due to power systems, 2006
정보통신부령 제231호, 전기통신설비의 기술기준에 관한 규칙 일부개정령, 2007. 12
전파연구소 고시 제2005-98호, 전기통신설비의 기술기준에 관한 표준시험방법, 2005
여상근, 박찬원, "대지전위와 통신회선 잡음.발생에 대한 고찰", 한국조명.전기설비학회논문지, 제21권, 제10호, 2007.12

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오광해, 이한민, 장동욱, 김주락, "공동접지방식 급전시스템의 고조파 해석", 한국철도학회 2000년도 추계학술대회논문집, pp. 688-695, 2000.11
한문섭, 이장무, 정호성, 김주락, "전기철도 급전시스템의 주파수 기반모델을 이용한 고조파 해석", 한국철도학회 2004년도 춘계학술대회논문집, pp. 89-94, 2004.6
이장무, 김주락, "교류전기철도 AT 급전계통의 고조파 해석 및 적용사례", 한국철도기술, 2004년 5월, 6월호
전파연구소 고시 제2007-102호, 전력유도전압의 구체적 산출방법에 대한 기술기준, 2007

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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