초록이 없습니다.

AI 본문요약

엑셀 다운로드 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 국내에서는 2009년에 경제성 및 신뢰성을 고려한 배전설비 뇌서지 보호대책 연구를 시작하였으며, 본 연구에서는 종래에 검토되지 않았던 배전선로의 뇌서지 전파특성, 직격뢰·유도뢰에 대한 합리적인 해석방법 및 낙뢰계측 시스템에서 측정된 다년간의 통계자료를 이용한 확률론적 접근을 통하여 운용중인 배전선로의 뇌서지 보호 성능을 재평가하고 경제적이고 신뢰성 높은 뇌서지 보호 대책을 마련하고자 수행중에 있다.
• 국외 사례를 보면 유럽 및 미국 등에서 시뮬레이션을 통한 뇌서지의 전파특성 연구를 수행하고 있으며, 유럽에서는 낙뢰보호 관련 기술회의를 매년 개최하여 최신기술을 공유하고 있다. 또한, 낙뢰에 대한 피해를 줄이기 위해 경보 시스템을 구성하는 연구를 수행하였다. 국내에서는 최근에 송배전선로의 낙뢰고장율을 예측하거나 차폐설계를 위해 개선된 낙뢰 흡인 모델링을 연구중에 있다.
• 국내에서는 최근에 송배전선로의 낙뢰고장율을 예측하거나 차폐설계를 위해 개선된 낙뢰 흡인 모델링을 연구중에 있다. 본고에서는 배전계통의 뇌 해석모델 기술, 뇌 보호설비의 실증시험 기술에 대하여 기술하고자 한다. 

제안 방법

• H. K. Hoidalen가 제안한 유도뢰 해석방법 이후에 이탈리아 Bologna 대학의 C. A. Nucci 교수팀에 의해 상용 프로그램인 EMTP-RV와 연동하여 유도뢰를 해석할 수 있는 LIOV(Lightning-Induced Overvoltage)-EMTP를 개발하였다. LIOV-EMTP는 기존 LIV-ATP의 몇 가지 제한적인 기능 및 대지의 과도상태 저항과 코로나 효과 등을 반영할 수 있으며, 실행 방법에 있어서도 경계조건들을 반영한 EMTP가 연계되어 Field-to-line 커플링 방정식을 FDTD(Finite-Difference Time-Domain) 방법으로 계산하여 실행할 수 있다.
• LIOV-EMTP는 기존 LIV-ATP의 몇 가지 제한적인 기능 및 대지의 과도상태 저항과 코로나 효과 등을 반영할 수 있으며, 실행 방법에 있어서도 경계조건들을 반영한 EMTP가 연계되어 Field-to-line 커플링 방정식을 FDTD(Finite-Difference Time-Domain) 방법으로 계산하여 실행할 수 있다. [표 1]에 상기 언급한 유도뢰 해석 방법간의 차이점을 비교하였다.
• 낙뢰 계측 및 피뢰기 누설전류를 상시 감시할 수 있는 계측 시스템을 구축하였다.
• 국내에서 ‘DS-3800 배전선 내뢰기준 개정(안)’을 2009년 7월에 제시하였으며, 주요내용은 피뢰기의 리드선 길이를 명확화하였으며, 입상주 피뢰기의 리드선은 가능한 짧게 시공하도록 제시하고 있다. 또한, 피뢰기의수평시공이 가능하고 가공지선은 장경간 및 철탑에서 차폐각을 고려하여 2조로 시설하도록 제시하였다. 절연 등급에 관련해서는 22.
• [그림 7]의 EMTP/MODELS 부분은 유도과전압을 계산하도록 되어 있으며, 대지전도율, 뇌격전류의 크기 등의 변수를 지정할 수 있도록 구성되어 있다. 본 예시는 단순하게 하나의 상도체 및 하나의 중성선 도체만을 고려하고, 가공지선은 없는 것으로 모델링하였다. 즉, 실제 장주 형태 및 선종은 모델링에 반영되지 않고, 단순히 가공선로 및 중성선의 특성 임피던스를 각각 300 Ω, 200 Ω으로 설정하였다.
• 상기 설명된 방법에 의한 해석결과를 일부 소개한 논문의 주요내용을 살펴보면 EMTP/MODELS를 이용하여[그림 6]과 같이 유도뢰를 모델링하고, 전체적인 시스템 구성은 선로 단자전압을 입력으로 받아, EMTP/MODELS에서 유도과전압을 계산한 후 그 결과를 출력값으로 하여 선로에 과전압이 발생하도록 구성하였다. 이 과정에서 선로에 유기되는 전압을 EMTP/MODELS의 출력에 따라 제어하기 위하여 EMTP에서 제공하는 Type 60 TACS Source를 이용하였다.
• 뇌 해석을 위해서 LIV-ATP를 이용하는 방법을 채택하였으며, MODELS를 응용하여 Matlab과 연계하여 배전선로 섬락율을 산정하는 기술을 개발중에 있다. 세부기술을 살펴보면 직격뢰와 유도뢰의 구별을 위하여 배전선로의 높이를 고려한 흡인거리를 계산하고 1 ㎢의 단위면적에 대하여 한전 낙뢰감시시스템의 낙뢰 누적확률 분포함수를 이용하여 뇌전류 크기와 위치를 랜덤으로 발생시켜 직격뢰와 유도뢰 경우에 대하여 각각 ATP-Draw에 의한 표준 배전선로에서 모의를 수행한다. 기본적인 수식 및 해석기법은 IEEE std.
• 즉, 실제 장주 형태 및 선종은 모델링에 반영되지 않고, 단순히 가공선로 및 중성선의 특성 임피던스를 각각 300 Ω, 200 Ω으로 설정하였다.

대상 데이터

• 1410(2010년)을 참조하고 있다. 앞서 설명된 누적확률 분포함수는 [그림 3]과 같이 시스템을 통하여 확인할 수 있으며, 본 과제에서는 2005년부터 2010년도의 데이터를 사용하고 있다.

이론/모형

• ATP-Draw를 이용하여 표준배전선로를 모델링하였으며, 피뢰기 설치간격 및 가공지선 접지저항값 등은 현행 배전선 내뢰기준을 준용하여 구성하였다. [그림 5]는 직격뢰를 모의하기 위한 표준 배전선로 모델이다.
• [그림 4]는 EMTP 모의해석과 Matlab을 연계하여 섬락율을 계산하는 알고리즘을 설명하고 있다. EMTP MODELS를 활용하여 뇌격크기, 흡인거리 및 뇌격위치를 결정하게 되며 실행결과를 Matlab을 이용하여 뇌격크기의 누적확률을 계산하며 다음 모의시험을 진행하도록 알고리즘을 구성하고 있다.
• 상기 설명된 방법에 의한 해석결과를 일부 소개한 논문의 주요내용을 살펴보면 EMTP/MODELS를 이용하여[그림 6]과 같이 유도뢰를 모델링하고, 전체적인 시스템 구성은 선로 단자전압을 입력으로 받아, EMTP/MODELS에서 유도과전압을 계산한 후 그 결과를 출력값으로 하여 선로에 과전압이 발생하도록 구성하였다. 이 과정에서 선로에 유기되는 전압을 EMTP/MODELS의 출력에 따라 제어하기 위하여 EMTP에서 제공하는 Type 60 TACS Source를 이용하였다. [그림 7]의 EMTP/MODELS 부분은 유도과전압을 계산하도록 되어 있으며, 대지전도율, 뇌격전류의 크기 등의 변수를 지정할 수 있도록 구성되어 있다.
• Hoidalen에 의해 1997년 LIVATP (Lightning Induced Voltage-Alternative Transients Program)를 통해 해석하는 기술이 제안되었으며, 특히 MODELS Language를 이용하여 유도뢰를 쉽게 모델링하고 해석할 수 있도록 발전시켰다. 해석의 기본적인 개념은 Monte-Carlo 기법을 이용하여 낙뢰의 누적확률 분포함수에 따른 확률 변수의 분포 특성이 반영된 난수 (random number)를 추출하여 충분한 수의 표본 집단을 생성하여 유도뢰에 의한 섬락율(Flashover rate)을 산정한다는 것이다. 이를 통해 낙뢰의 불확실성에 대한 특성을 반영할 수 있으며 단위면적당 낙뢰 크기 및 위치를 합리적으로 반영할 수 있다.

성능/효과

• 01 S/m인 경우 뇌격 크기에 따른 뇌 유도전압을 나타낸다. 뇌격지점과 측정위치가 같은 경우에는 뇌격 전류의 크기가 커질수록, 대지전도율이 작을수록 뇌 유도전압의 크기가 커짐을 알 수 있었다. 반대로 뇌격 위치와 측정위치가 다른 경우 뇌격 전류의 크기가 커질수록, 대지전도율이 커질수록 뇌 유도전압의 크기가 커짐을 알 수 있었다.
• 이러한 결과는 이론적인 해석결과 및 국외 해석 사례와 일치함을 알 수 있다. 따라서, EMTP/MODELS를 이용한 유도뢰 모델링 및 해석 결과를 통하여 배전선로의 뇌 보호 수준을 충분히 검토할 수 있다.
• 뇌격지점과 측정위치가 같은 경우에는 뇌격 전류의 크기가 커질수록, 대지전도율이 작을수록 뇌 유도전압의 크기가 커짐을 알 수 있었다. 반대로 뇌격 위치와 측정위치가 다른 경우 뇌격 전류의 크기가 커질수록, 대지전도율이 커질수록 뇌 유도전압의 크기가 커짐을 알 수 있었다. 이러한 결과는 이론적인 해석결과 및 국외 해석 사례와 일치함을 알 수 있다.

후속연구

• 따라서, 향후 뇌서지 보호대책 기술은 고전적인 확률론적 해석 방법보다는 실제 낙뢰를 정밀하게 관측하고, 경제성 및 신뢰성을 고려하여 종합적인 평가 방법에 대한 기술개발이 필요할 것으로 판단된다.
• 실증시험 선로를 대상으로 인공낙뢰를 발생시켜 현행 배전선로에서 뇌서지의 전파특성을 분석하고, 피뢰기의 동작성능, 가공지선의 효과 및 접지저항의 영향 등을 종합적으로 실증 시험 할 계획이다.

본문요약 정보가 도움이 되었나요? 예 아니오 제출

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
합리적인 뇌해 방지대책	합리적인 뇌해 방지대책은 뇌에 의해 발생 되는 피해 크기를 평가하고 비용을 포함한 신뢰성을 평가하는 Risk Management 이론을 적용하는 것이 타당한 근거는?	낙뢰 현상은 통계자료를 통한 확률론적 방법을 적용하여 해석되고 있기 때문에 실제 뇌격을 받는 대상 설비의 다양한 내뢰성능을 검토하는 것은 매우 복잡한 과제이며, 이로인해 고장으로 진전될 수 있는 조건을 예측하는 것은 곤란하다. 따라서, 합리적인 뇌해 방지대책은 뇌에 의해 발생 되는 피해 크기를 평가하고 비용을 포함한 신뢰성을 평가하는 Risk Management 이론을 적용하는 것이 타당할 것이다.
유도뢰 모델링	유도뢰 모델링은 무엇을 이용하여 유도뢰를 쉽게 모델링하고 해석할 수 있도록 발전하였는가?	K. Hoidalen에 의해 1997년 LIVATP (Lightning Induced Voltage-Alternative Transients Program)를 통해 해석하는 기술이 제안 되었으며, 특히 MODELS Language를 이용하여 유도뢰를 쉽게 모델링하고 해석할 수 있도록 발전시켰다. 해석의 기본적인 개념은 Monte-Carlo 기법을 이용하여 낙뢰의 누적확률 분포함수에 따른 확률 변수의 분포 특성이 반영된 난수 (random number)를 추출하여 충분한 수의 표본 집단을 생성하여 유도뢰에 의한 섬락율(Flashover rate)을 산정한다는 것이다.
낙뢰 현상	낙뢰 현상이 실제 뇌격을 받는 대상 설비의 다양한 내뢰성능을 검토하는 것은 매우 복잡한 과제인 이유는?	낙뢰 현상은 통계자료를 통한 확률론적 방법을 적용하여 해석되고 있기 때문에 실제 뇌격을 받는 대상 설비의 다양한 내뢰성능을 검토하는 것은 매우 복잡한 과제이며, 이로인해 고장으로 진전될 수 있는 조건을 예측하는 것은 곤란하다. 따라서, 합리적인 뇌해 방지대책은 뇌에 의해 발생 되는 피해 크기를 평가하고 비용을 포함한 신뢰성을 평가하는 Risk Management 이론을 적용하는 것이 타당할 것이다.

질의응답 정보가 도움이 되었나요? 예 아니오 제출

이 논문을 인용한 문헌

더보기

저자의 다른 논문 :

최선규 (9)