[논문]중성점 접지 리액터 주변 작업자의 인체내부 유도전류밀도 특성

민석원; 이승호

doi:10.5370/kiee.2010.59.10.1856

중성점 접지 리액터 주변 작업자의 인체내부 유도전류밀도 특성
Characteristics of the Current Density Induced Inside a Worker Near a Neutral Ground Reactor 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.59 no.10, 2010년, pp.1856 - 1861

민석원 (순천향대 공대 전기통신공학과) , 이승호 (순천향대 대학원 전기통신공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

To reduce a high fault current, neutral ground reactors (NGR) were installed in the Korean substation. Current with several harmonic components flows in a NGR due to load unbalance in normal steady state and magnetic fields with several harmonic components are also generated around a NGR. As results of study, we found magnetic fields around a NGR in Korean substation included two harmonics, 180Hz and 540Hz. Magnetic fields of 180 Hz increased 3 times more current density inside a worker near a NGR than same magnitude magnetic fields of 60 Hz. We know a worker near a NGR may not meet ICNIRP guideline of 10(mA/$m^2$) due to several harmonic components.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 직업인 안전성 평가를 위해 NGR 주변의 자계분포를 측정하였으며 고조파 성분에 따라 발생하는 자계에 의한 NGR 근처 작업자의 인체유도 전류밀도가 ICNIRP에서 제안한 가이드라인에 적합한지를 검토하였다.

제안 방법

NGR이 그림 2와 같이 180Hz인 제 3 고조파와 540Hz인 제 9 고조파 성분을 포함하고 있어 그림 6의 수정후의 조건과 같은 크기의 자계를 인가한 경우의 인체유도 전류밀도를 검토하였다. 180Hz 성분을 인가한 경우, 그림 9와 같이 뇌와 심장에서 11.
두 번째와 세 번째는 외함의 투자율이 6인 경우로 직업인 자계 기준인 416.7μT가 NGR에 발생되었을 때 노출 직업인 유도전류밀도가 10mA/m2 이하가 되는가를 다음의 두 가지 경우로 나누어 검토하였다.
본 논문에서는 NGR 근처의 자계가 제 3 고조파인 180Hz와 제 9 고조파인 540Hz를 포함하고 있음을 측정을 통해 확인하였다. 또한 기본파인 60Hz 성분과 이런 고조파 성분이 NGR 근처의 작업자에게 얼마만큼의 영향을 미치는지를 평가하기 위해, 3차원 경계요소법 프로그램을 이용하여 인체 장기 유도 전류밀도를 검토하였다. 계산 결과 60Hz에서는 각 장기에 유도되는 전류밀도가 ICNIRP에서 제시하는 가이드라인인 10mA/m²을 만족하는 결과가 나왔지만 제 3 고조파와 제 9 고조파는 60Hz에서의 결과보다 3배에서 9배 큰 유도전류밀도가 나타나는 것을 확인하였다.
이상의 방정식을 풀 수 있는 수치 계산법에는 임피던스법[7], 유한 차분 시간영역법[8], 유한요소법[9]과 경계요소법[10] 등이 있지만 본 연구에서는 경계요소법이 데이터 작성이 쉽고 계산시간이 짧기 때문에 일반 3차원 경계요소법 프로그램인 캐나다의 IES(Integrated Engineering Software)사의 Faraday 3D 프로그램을 사용하여 인체 내부 장기에 유도되는 전류밀도를 계산하였다. 적용된 인체모델은 그림 5와 같으며 신장 170cm로 뇌, 심장, 폐, 간, 창자의 위치 역시 신장에 비례하여 위치시켰다[11].
표 1의 실측 NGR 주변 자계분포를 얻기 위해 표 2의 NGR 제원에서 코일 턴수와 전류 및 외함 비투자율을 변화 시키며 주변 자계분포를 모의하였다. 표 2와 같이 코일 턴수를 400회, 전류를 4A, 외함 비투자율을 6으로 모의한 경우 그림 4와 같이 측정치와 계산치가 잘 일치하였다.

이론/모형

적용된 인체모델은 그림 5와 같으며 신장 170cm로 뇌, 심장, 폐, 간, 창자의 위치 역시 신장에 비례하여 위치시켰다[11]. 인체 장기의 도전율은 여러 값이 보고되고 있지만[12]-[14], 본 연구에서는 이탈리아 ENEL의 검토[14]에 이용된 표 3의 값을 사용하였다. NGR과 인체모델 간의 거리는 1cm로 하였으며 NGR은 실제와 같이 지상에서 1.

성능/효과

또한 기본파인 60Hz 성분과 이런 고조파 성분이 NGR 근처의 작업자에게 얼마만큼의 영향을 미치는지를 평가하기 위해, 3차원 경계요소법 프로그램을 이용하여 인체 장기 유도 전류밀도를 검토하였다. 계산 결과 60Hz에서는 각 장기에 유도되는 전류밀도가 ICNIRP에서 제시하는 가이드라인인 10mA/m²을 만족하는 결과가 나왔지만 제 3 고조파와 제 9 고조파는 60Hz에서의 결과보다 3배에서 9배 큰 유도전류밀도가 나타나는 것을 확인하였다. 이 경우 특히 심장과 뇌에서 10mA/m²가 넘는 유도전류밀도가 나타나 ICNIRP에서 제시한 가이드라인을 만족하지 않을 수 있어 별도의 분석이 필요함을 알았다.
9kV 배전계통의 중성점 다중접지로 인해 나타나는 큰 고장전류를 줄이기 위해 우리나라 변전소에 설치되어 있는 NGR에는 비선형 부하와 부하 불평형으로 인해 여러 고조파 성분 전류가 상시 흐르게 된다. 본 논문에서는 NGR 근처의 자계가 제 3 고조파인 180Hz와 제 9 고조파인 540Hz를 포함하고 있음을 측정을 통해 확인하였다. 또한 기본파인 60Hz 성분과 이런 고조파 성분이 NGR 근처의 작업자에게 얼마만큼의 영향을 미치는지를 평가하기 위해, 3차원 경계요소법 프로그램을 이용하여 인체 장기 유도 전류밀도를 검토하였다.
이상의 수정전의 자계분포에 노출된 작업자에 유도되는 전류밀도는 그림 7과 같이 뇌와 심장표면에서 각각 8.950mA/m²와 11.49mA/m²로 ICNIRP의 기준치 10mA/m²를 초과하였다. 이에 반해 수정후의 자계분포는 뇌와 심장에서 3.
49mA/m²로 ICNIRP의 기준치 10mA/m²를 초과하였다. 이에 반해 수정후의 자계분포는 뇌와 심장에서 3.782mA/m², 4.247mA/m² 이었으며 폐와 간표면에서 1.064mA/m² 와 0.525mA/m²로 모두 ICNIRP 기준을 만족하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	NGR 근처에서 일하는 작업자가 고조파 성분 자계에 노출되는 이유는 무엇인가?	이와 같은 변압기 유입 고장전류를 제한할 목적으로 직접접지 방식의 변압기 중성점을 리액터를 이용해 접지하는 중성점 접지 리액터(NGR; Neutral Ground Reactor)가 우리나라 대부분의 변전소에 설치되어 있다[1]. 이런 NGR에는 비선형 부하와 부하 불평형으로 인해 여러 고조파 성분 전류가 상시 흐르게 되고[2], 이로 인해 NGR 주변에 각 고조파 성분 자계가 발생하며 NGR 근처의 작업자는 이러한 자계에 노출될 수 있다.
	154/22.9kV 변압기 고장의 원인은 무엇인가?	우리나라 22.9kV 배전선로는 중성점 다중접지방식을 채택하고 있어 다른 방식에 비해 고장전류가 크며 이것이 154/22.9kV 변압기 고장의 원인이 되고 있다.
	암 발생과 극저주파 전자계 노출간의 연관성을 평가하기 위해 국제 기구들은 어떤 시도들을 하였는가?	오늘날 전자계 노출과 건강의 연관성에 대한 관심이 높아지면서 전기기술자의 암 발생과 극저주파 전자계 노출간의 가능한 연관성을 평가하기 위한 많은 역학조사가 행해졌지만[3]-[5], 연구결과가 일관성이 없기 때문에 전계와 자계 노출로 인한 건강영향에 불안이 있다. 이와 관련하여 국제 비전리 방사선 방호위원회(ICNIRP; International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection)에서는 노출을 제한 하기 위한 국제 가이드라인을 1998년에 제정하였으며[6], 극 저주파 전자계에 노출된 직업인의 인체 내부 유도전류밀도를 10mA/m2 이하가 되도록 요구하였다. 또한 이들 가이드라인에 맞추어 유럽연합은 물리매체(전자계)노출로부터 생기는 작업자 최소건강안전 요구사항에 관한 지시문서 (Directive 2004/40/EC of European Parliament and the Council of 29 April 2004)를 2004년에 발표하였으면 2012년이전까지 유럽연합 국가의 직업인 위험평가를 요청했다.

참고문헌 (14)

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