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선박 3상배전선로의 지락고장에 따른 대지전압 중성점의 이동경로 특성
Characteristics of Neutral Point Loci on Line Voltages to Hull When Insulation Resistance Collapses by Earthing Faults at 3 Phase Power Distribution Systems Onboard Vessels 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.35 no.8, 2011년, pp.1117 - 1123  

최순만 (한국해양수산연수원 교육연구처)

초록
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비접지 배전방식이 채택되는 선박은 일선지락 상황에서도 정전사고로 이어지지 않으므로 상대적으로 안정적인 급전이 가능하다. 그러나 비접지 계통에서 발생하는 지락고장은 대지 전압을 왜곡시켜 선체에 대한 선로 전압을 상승시키므로 감전사고와 전기화재의 위험이 높아진다. 특히 선로와 선체 간에 작용하는 분포용량은 대지임피던스의 한 요소로서 지락고장 시 대지전압의 왜곡 특성에 큰 영향을 미친다. 이 같은 대지전압의 변화는 3상 대지전압 중성점의 이동에 의해 설명될 수 있다는 점에서 본 연구에서는 대지임피던스를 입력으로 할 때 대지전압을 출력으로 하는 연산모듈을 구성한 후 이를 이용하여 접지저항 변화에 대응하는 대지전압 중성점의 이동 경로 특성을 확인하였다. 또한 다양한 조건에서 나타나는 중성점 이동경로를 구하는 한편 실제 배전계통에서의 측정 결과와 비교함으로써 제시된 분석방법의 적정성을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Ungrounded power systems are adopted onboard vessels which enable more stabilized power supply even in case of electric leakage to hull. If earthing faults happen at these systems, they make grounding impedances of power lines unbalanced each other on the three phases, resulting in high voltages to ...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 한편, 대지전압의 왜곡형태는 대지전압 중성점의 위치로 나타낼 수 있으므로 대지임피던스 변화에 대한 중성점의 이동경로를 확인하는 것은 왜곡 특성의 윤곽을 알기 위한 효과적인 방법이 된다. 그러나 이러한 중성점 위치를 수동 계산으로 구하기는 매우 번잡하므로 컴퓨터를 이용한 연산모듈이 필수적이라는 점에서 본 연구에서는 분포용량과 함께 3상 선로에서의 접지저항 조건이 입력으로 주어지면 이로부터 벡터 방식의 중성점 위치가 프로그램에 의해 출력되는 연산모듈을 대지임피던스의 회로방정식을 이용하여 구성하였다. 이와 함께 구성된 연산모듈을 이용하여 접지저항 감소에 따른 중성점 이동의 궤적을 다양한 조건에서 얻은 후 선박배전계통에서 나타나는 중성점 궤적의 일반적인 이동경로 특성을 분석하였으며 그 결과를 실험용 배전선로로부터의 측정 결과와 비교함으로써 제시한 해석방법의 적정성을 나타내었다.
  • 0[MΩ]인 상태에서 R상 절연저항 RR만을 감소시켜 나간 때의 궤적이다. 또한 실제 실험 선로에서 측정을 통해 얻은 중성점 위치와 연산모듈의 결과를 5개 지점에서 비교하였다. 이를 위해 3상 220[V]의 소규모 전원계통에서 각 선로의 대지 정전용량을 0.
  • 비접지 배전계통 선박에서의 대지 임피던스 불균일로 나타나는 3상 선로 대지 전압의 불평형 특성을 확인하기 위해 대지전압 방정식으로부터 중성점 좌표의 출력이 가능한 연산모듈을 구성하였으며 이로부터 접지저항 저하에 따른 중성점의 이동경로를 살펴본 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
  • 이를 위해 3상 220[V]의 소규모 전원계통에서 각 선로의 대지 정전용량을 0.1[μF]로 맞추기 위해 고전압 콘덴서들을 조합하여 선로와 접지 간에 병렬로 연결하였으며 이와 함께 R상에는 탄소저항을 연결하여 접지저항을 단계적으로 감소시켰으며 각 단계 a, b, c, d, e 경우에 대한 측정 결과는 Table 1과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비접지 배전방식이 채택되는 선박의 장점은 무엇인가? 비접지 배전방식이 채택되는 선박은 일선지락 상황에서도 정전사고로 이어지지 않으므로 상대적으로 안정적인 급전이 가능하다. 그러나 비접지 계통에서 발생하는 지락고장은 대지 전압을 왜곡시켜 선체에 대한 선로 전압을 상승시키므로 감전사고와 전기화재의 위험이 높아진다.
대지전압의 왜곡 특성의 윤곽을 알기 위한 효과적인 방법은 무엇인가? 한편, 대지전압의 왜곡형태는 대지전압 중성점의 위치로 나타낼 수 있으므로 대지임피던스 변화에 대한 중성점의 이동경로를 확인하는 것은 왜곡 특성의 윤곽을 알기 위한 효과적인 방법이 된다. 그러나 이러한 중성점 위치를 수동 계산으로 구하기는 매우 번잡하므로 컴퓨터를 이용한 연산모듈이 필수적이라는 점에서 본 연구에서는 분포용량과 함께 3상 선로에서의 접지저항 조건이 입력으로 주어지면 이로부터 벡터 방식의 중성점 위치가 프로그램에 의해 출력되는 연산모듈을 대지임피던스의 회로방정식을 이용하여 구성 하였다.
비접지 배전방식이 채택되는 선박의 단점은 무엇인가? 비접지 배전방식이 채택되는 선박은 일선지락 상황에서도 정전사고로 이어지지 않으므로 상대적으로 안정적인 급전이 가능하다. 그러나 비접지 계통에서 발생하는 지락고장은 대지 전압을 왜곡시켜 선체에 대한 선로 전압을 상승시키므로 감전사고와 전기화재의 위험이 높아진다. 특히 선로와 선체 간에 작용하는 분포용량은 대지임피던스의 한 요소로서 지락고장 시 대지전압의 왜곡 특성에 큰 영향을 미친다.
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참고문헌 (6)

  1. 한만춘, 김준현, 송전공학, 일조각, 1981. 

  2. M.O. Durham and R. Durham, "Grounding system design for isolated locations and plant systems," IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 33, pp. 374-382, 1997. 

  3. Kingrey, L.J., Painter, R.D., Locker and A.S., "Applying high resistance neutral grounding in medium voltage systems", IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 47, no. 3, pp. 1220-1231, 2011. 

  4. B. Bridger, "High-resistance grounding", IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-19, no. 1, pp. 15-21, 1983. 

  5. Giuseppe Parise, "A summary of IEC protection against electric shock", IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 34, no. 5, pp. 911-922, 1998. 

  6. B. J., Seshaprasad and R. R., Peters, "Investigation of Transient overvoltages in inductively grounded power systems", Proceedings of the national power systems conference, vol. 9, pp. 466-470, 1996. 

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