[논문]풍력발전기의 낙뢰피해 대책 검토 및 적용방안

한지훈; 고경남; 허종철

doi:10.9726/kspse.2015.19.2.005

[국내논문] 풍력발전기의 낙뢰피해 대책 검토 및 적용방안
An Application Method and Review of Lightning Protection for Wind Turbines 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.19 no.2, 2015년, pp.5 - 14

한지훈 (제주대학교 대학원 풍력공학부 풍력기계시스템) , 고경남 (제주대학교 대학원 풍력공학부) , 허종철 (제주대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This investigation presents reviews of many research results on lightning damage to wind turbines and lightning protection strategies from IEC Standard, Europe, USA, Japan and Korea. There have been few studies on lightning protection of wind turbines in Korea, while various investigations have been performed in the other countries. It is necessary to apply some good lightning protection strategies of IEC Standard and the other countries to Korea. Those are as follows: The guideline for lightning protection of wind turbines should be established based on IEC Standards. It needs to be carried out both development of software and experimental studies for understanding the types of lightning damage to wind turbines and compiling the database. In order to minimize the lightning damage to wind turbines, it is a key factor for wind farm owners and researchers to provide the information about the damage cases and wind farm operation technique.

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AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 해외의 풍력발전에 관한 낙뢰연구 성과를 파악하고, 나아가 우리나라는 어떻게 이에 관한 연구가 진행되어야 할지를 제안하고자 한다.
본 연구에서는 국내·외의 낙뢰에 관한 풍력발전 연구를 IEC 및 국가별로 분류하고 낙뢰 피해양상 및 그 대책에 대해 검토하였다.

제안 방법

를 발간하였다. 또한 낙뢰보호에 관한 블레이드 실증 테스트 사양, 낙뢰의 영향이 미치는 LPZ(낙뢰 보호 구역)를 등급별로 나누어 그에 맞는 대책방안을 제시하였다. 이와 같이 IEC에서는 낙뢰관련 풍력발전기의 보호방법 등을 부속서에 담아 세계적으로 지속적인 연구와 논의가 가능하도록 하였다.
미국에서는 1970년대부터 풍력발전기에 미치는 낙뢰의 영향을 지속적으로 연구하고 있다. 또한 낙뢰 관측과 함께 실제 풍력발전기의 피해사례를 중심으로 낙뢰 특성 및 피해양상을 연구하였고 이에 대한 데이터베이스를 구축하였다. 이를 활용하여 NASA에서는 낙뢰의 특성 및 접지방식에 대해 연구하였으며 발전기, 전기설비 및 블레이드에 대한 낙뢰보호 방식을 정립하였다.
³¹⁾ 각각의 부위에 어떠한 고장이 발생할 수 있는지 상세히 보여주고 있다. 그 대책으로는 나셀 상부나 풍력발전기 자체를 보호하기 위한 피뢰침탑 설치, 전력기기나 제어기기의 보호를 위한 SPD(Surge Protection Device)설치, 블레이드 보호를 위한 리셉터 설치 등을 제시하였다.
또한 일반 건물 높이에 따른 피뢰율을 사용하여 피해 액수에 대한 대략적인 계산식을 도출하였고, 더욱이 2008년에 풍력발전기 낙뢰대책 가이드라인³¹⁾을 공개하였다. 또한 블레이드의 피뢰영상을 확보하였으며³²⁾ 이를 통해 해당 부위의 보호에 대한 검토와 리셉터의 성능을 시험하였다. 나아가 일본 낙뢰위험지도를 작성하는 등의 연구가 NEDO에서 이루어지고 있다.
와 함께 자기장을 고려한 나셀 모델링 방법을 제안하였다. 그리고 IEC에서 제시하는 방식에 근거하여 낙뢰의 특성을 파악하고 실험을 통해 블레이드에 발생하는 낙뢰특성을 분석하였다.⁵⁰⁾

성능/효과

1은 2001년도에 미국 NASA에서 작성한 세계 낙뢰밀도 분포를 나타낸다.⁶⁾ 적도 지역에서 높은 낙뢰밀도를 보이고 있고, 우리나라는 낙뢰밀도가 비교적 높지 않음을 알 수 있다. 그러나 우리나라에서 낙뢰로 인한 풍력발전기의 피해가 꾸준히 보고되고 있음을 감안한다면 낙뢰피해 대책은 중요한 연구 분야라고 할 수 있다.
2는 미국 Global Atmospherics사에서 작성한 낙뢰율지도를 보여준다.²⁴⁾ 1993년에 발생한 1년 동안의 낙뢰 데이터를 사용하여 작성한 것으로 미국 중심부는 낙뢰율이 높고 중심부에서 멀어질수록 낮아지는 경향을 보인다.
Joan⁶¹⁾은 풍력발전기를 정지 및 운전상태로 나누고, 블레이드가 피뢰되는 확률을 서로 비교하였다. 이를 통해 정지상태보다 운전상태일 때 전하 밀도가 감소하였고, 그 결과 피뢰확률도 감소함을 보였다.

후속연구

(2) 유럽의 FEM, EMPT와 같이 낙뢰의 특성 및 풍력발전기의 피해양상을 파악할 수 있는 소프트웨어의 연구개발이 필요하다.
(3) 미국과 같이 실제 데이터를 활용한 사례연구가 진행되어야 하고 TVP와 같은 풍력단지 적합성 평가를 지속적으로 수행할 필요가 있다.
(4) 일본의 예와 같이 풍력발전기의 고장·사고에 대한 피해 및 피해상황별 낙뢰보호 사례 등의 정보를 체계적으로 수집하고 신뢰성 있는 데이터베이스를 구축해야 할 것이다. 이를 위하여 사업자와 연구자간에 원활한 정보 공유가 활성화 되어야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	뇌방전이란 무엇인가?	지표면에서 발생된 복사열에 의한 상승기류로 인하여 적난운이 발생하고 구름 속에서 싸라기눈·우박·얼음 알갱이들이 서로 부딪치며 전하분리와 축적이 이루어지면서 생기는 현상을 뇌방전이라고 한다. 뇌방전의 종류에는 구름방전, 대지방전이 있으며 그 중에서 구름에서 대지로 방전되는 현상을 낙뢰라 한다.
	풍력발전기에 친 낙뢰로 인하여 해외에서 무슨 피해를 입었는가?	우리나라의 경우 주로 통신·제어장치에 대한 고장 및 블레이드 손상이 보고되고 있다.1,2) 그러나 해외의 경우 블레이드의 탈락·파손 등 장기간 풍력발전기의 운전이 불가능한 경우도 있었다.3-5)
	IEC는 풍력발전기의 낙뢰 대책으로 무엇을 권장하고 있는가?	또한 풍력발전기의 낙뢰피해 대책을 제공함과 동시에 설문 조사 방법, 접지 및 낙뢰 모니터링 시스템의 종류 등 광범위한 정보를 제공하고 있다. IEC는 풍력발전기에 대한 낙뢰 대책으로 리셉터의 설치를 권장하고 있다. 그 설치 위치를 정하기 위해 사용되는 방법으로 RSM(Rolling Sphere Method)이 있다.

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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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