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문제 정의
- 본 논문에서는 운용 중에 발생하는 제어 신호의 간섭과 간헐적인 설비 오동작으로 인해 가동이 중단되는 설비를 대상으로 노이즈를 진단 분석한다. 그리고 분석된 결과를 바탕으로 제안된 방법에 의해 설비를 개선하고 노이즈 저감 효과를 확인하였다.
- 본 논문에서는 전기전자 설비에서 문제가 되고 있는 각종 노이즈와 신호 간섭에 대한 분석 방법과 저감 방안을 연구하였다. 노이즈 간섭에 영향을 받는 전원, 내부 설비 배선 그리고 접지시스템의 노이즈를 실측 분석하였고, 노이즈 분석 방법과 저감 개선방안을 제안하였다.
- 본 연구에서는 노이즈 패턴 분석 기법에 의해 노이즈 발생 기기를 예측하고, 기기 간에 전위차 제거와 전달 경로 상에서 노이즈 증폭을 차단하는 방안으로 등전위 그룹의 트리 구조를 제안한다[7,8]. 등전위 단자함을 기본으로 노이즈 발생 기기와 노이즈 전달 매체들을 소단위로 그룹화하고, 또한 간섭받는 기기들을 등 전위 그룹으로 구성하고 특성별로 그룹화된 설비들을 트리 구조로 재구성한다.
제안 방법
- (1) 전원 품질의 고조파 저감과 총 고조파 왜형율의 저감을 정량적으로 확인하였다.
- 노이즈 측정은 노이즈 발생 설비인 모터 구동 시스템-1과 2 그리고 수 변전 전기 설비에서 측정 분석하였고, 노이즈 패턴 분석 기법을 활용하여 노이즈 저감의 개선 설비를 설계 시공하였다. 개선 후에 동일한 장비에서 노이즈를 재 측정하여 개선 전과 후의 노이즈를 비교하였다.
- 본 논문에서는 전기전자 설비에서 문제가 되고 있는 각종 노이즈와 신호 간섭에 대한 분석 방법과 저감 방안을 연구하였다. 노이즈 간섭에 영향을 받는 전원, 내부 설비 배선 그리고 접지시스템의 노이즈를 실측 분석하였고, 노이즈 분석 방법과 저감 개선방안을 제안하였다.
- 전력 계통과 제어 통신 계통에서 발생하는 노이즈를 측정하여 분석된 노이즈 패턴에 의해 노이즈 발생 기기들을 등전위 그룹화하였다. 노이즈 발생 기기간의 간섭 차단, 전위차 제거 그리고 순환 전류를 제거하기 위해 등전위 그룹의 트리 구조로 내부 설비를 개선한다. 노이즈 차단의 개선된 등전위 그룹의 트리 구조 배선은 그림 6에 나타나 있다.
- 노이즈 측정은 노이즈 발생 설비인 모터 구동 시스템-1과 2 그리고 수 변전 전기 설비에서 측정 분석하였고, 노이즈 패턴 분석 기법을 활용하여 노이즈 저감의 개선 설비를 설계 시공하였다. 개선 후에 동일한 장비에서 노이즈를 재 측정하여 개선 전과 후의 노이즈를 비교하였다.
- 노이즈 패턴에 의해 분석된 노이즈 발생 기기와 노이즈 전달 매체들을 소단위로 등전위 그룹화한다. 등전위 소그룹들을 접지전극을 기준 전위로 하여 등전위 트리 구조로 구성했다.
- 본 연구에서는 노이즈 패턴 분석 기법에 의해 노이즈 발생 기기를 예측하고, 기기 간에 전위차 제거와 전달 경로 상에서 노이즈 증폭을 차단하는 방안으로 등전위 그룹의 트리 구조를 제안한다[7,8]. 등전위 단자함을 기본으로 노이즈 발생 기기와 노이즈 전달 매체들을 소단위로 그룹화하고, 또한 간섭받는 기기들을 등 전위 그룹으로 구성하고 특성별로 그룹화된 설비들을 트리 구조로 재구성한다. 그림 4는 등전위 그룹으로 구성된 설비의 등전위 트리 구조 구성도를 나타낸다.
- 노이즈 패턴에 의해 분석된 노이즈 발생 기기와 노이즈 전달 매체들을 소단위로 등전위 그룹화한다. 등전위 소그룹들을 접지전극을 기준 전위로 하여 등전위 트리 구조로 구성했다. 운용 설비 간에 루프 배선, 중간 분기 배선 그리고 중복 배선 등을 제거하고 등전위 그룹 단자함에서 직접 인출하여 구성하였다.
- 접지 임피던스는 노이즈 방전성을 악화시키고, 순환 전류를 흐르게 한다, 그리고 접지 전위의 변동은 신호 준위를 변동시켜 설비 오동작을 일으키는 원인이 된다[5,8]. 따라서 제안된 등전위 그룹의 트리 구조에 적합한 접지 설비를 설계하여 노이즈 저감을 최적화한다. 접지시스템의 설계에는 4-점 웨너법으로 실측하여 CDEGS RESAP 모듈로 분석한 대지저항율을 적용하였다[6,7,10].
- 노이즈 패턴별로 등전위 그룹화하여 구성한 내부 설비는 상호간에 노이즈의 영향을 최소화한다[8,9]. 또한 지중의 접지 전위를 작은 등전위 그룹의 기준 전위가 되도록 트리 구조 배선하여 전위 변동으로 인한 노이즈 역류를 차단하였다. 그림 7은 설치된 등전위 그룹의 기준 접지단자함을 나타낸다.
- 본 연구에서는 전기적 노이즈 신호를 측정하여 노이즈가 가지고 있는 파형, 크기, 주파수 그리고 신호 주기를 분석하여 노이즈를 패턴화한다. 패턴화된 노이즈 그룹에 의해 노이즈 발생기기와 노이즈 전달 경로를 예측하고, 노이즈 간섭과 전파를 차단하기 위한 노이즈 저감 기법을 제안한다.
- 접지 설비 개선은 보링공법을 적용하여 지반을 직경 15cm, 깊이 12m로 천공하여 XIT 서지저감 접지봉 6m X 11개소를 설치하였다. 시공 위치는 설계 모델링한 배치대로 건물 주위에 설치하였고, 배치 특성에 따라 건물 주위로 유입되는 지중 서지를 차단하는 방식으로 이루어졌다. 그림 8은 XIT 접지봉 설치와 접지저감제 타설을 보여준다[11].
- 등전위 소그룹들을 접지전극을 기준 전위로 하여 등전위 트리 구조로 구성했다. 운용 설비 간에 루프 배선, 중간 분기 배선 그리고 중복 배선 등을 제거하고 등전위 그룹 단자함에서 직접 인출하여 구성하였다. 노이즈 패턴별로 등전위 그룹화하여 구성한 내부 설비는 상호간에 노이즈의 영향을 최소화한다[8,9].
- 측정된 노이즈를 노이즈 패턴 분석 기법에 의해 분석하고 노이즈 발생 기기 간의 순환, 전달 경로 상에서의 유도와 외부 도체로 부터의 침입 등을 차단하는 등전위 그룹의 트리 구조에 의한 노이즈 저감 기법을 제안하였다. 이 등전위 그룹의 트리 구조에 의한 노이즈 저감 기법을 현장에 시공하여 노이즈의 개선 전과 후의 결과를 비교 분석하였고, 제안 기법의 노이즈 저감 효과를 정량적으로 확인하였다.
- 패턴화된 노이즈 그룹에 의해 노이즈 발생기기와 노이즈 전달 경로를 예측하고, 노이즈 간섭과 전파를 차단하기 위한 노이즈 저감 기법을 제안한다. 이를 위해 실제 운용 중인 설비의 전력 품질 노이즈, 내부 도체와 접지설비 노이즈를 측정하여 노이즈 파형과 주파수 특성을 분석하였다[2,3]. 전원 노이즈는 ION7650 측정기를 이용하여 측정 분석하였고, 내부 도선과 접지 설비의 노이즈는 Fluke199c 오실로스코프로 측정하였으며, 접지저항과 노이즈 전류는 CA6472와 CA3711 측정기를 이용하여 측정하였다[5].
- 전력 계통과 제어 통신 계통에서 발생하는 노이즈를 측정하여 분석된 노이즈 패턴에 의해 노이즈 발생 기기들을 등전위 그룹화하였다. 노이즈 발생 기기간의 간섭 차단, 전위차 제거 그리고 순환 전류를 제거하기 위해 등전위 그룹의 트리 구조로 내부 설비를 개선한다.
- 전력 노이즈 패턴 분석은 상용 60Hz의 전원 파형을 기본으로 전원 가공시 나타나는 노이즈 파형을 3개의 그룹으로 패턴화하여 분석한다. 표 1은 전력노이즈 패턴 그룹이다.
- 전력 품질의 노이즈 측정은 수 변전 전기실의 3상 440V 분전반에서 측정하였으며, 노이즈 개선 시공 후에도 동일한 분전반에서 재 측정하였다. 측정치는 각각 48시간 동안 측정한 데이터를 저장하였다.
- 이를 위해 실제 운용 중인 설비의 전력 품질 노이즈, 내부 도체와 접지설비 노이즈를 측정하여 노이즈 파형과 주파수 특성을 분석하였다[2,3]. 전원 노이즈는 ION7650 측정기를 이용하여 측정 분석하였고, 내부 도선과 접지 설비의 노이즈는 Fluke199c 오실로스코프로 측정하였으며, 접지저항과 노이즈 전류는 CA6472와 CA3711 측정기를 이용하여 측정하였다[5]. 측정된 노이즈를 노이즈 패턴 분석 기법에 의해 분석하고 노이즈 발생 기기 간의 순환, 전달 경로 상에서의 유도와 외부 도체로 부터의 침입 등을 차단하는 등전위 그룹의 트리 구조에 의한 노이즈 저감 기법을 제안하였다.
- 접지 설비 개선은 보링공법을 적용하여 지반을 직경 15cm, 깊이 12m로 천공하여 XIT 서지저감 접지봉 6m X 11개소를 설치하였다. 시공 위치는 설계 모델링한 배치대로 건물 주위에 설치하였고, 배치 특성에 따라 건물 주위로 유입되는 지중 서지를 차단하는 방식으로 이루어졌다.
- 접지시스템은 보링공법에 의한 XIT 서지저감 접지봉을 적용하여 모델링하였고, 접지전극은 XIT 서지저감 접지봉 6m X 11sets를 건물 주위에 배치하고 BC100SQ 나동선을 매설하여 연결하였다[10,11]. 접지저항 계산과 시뮬레이션은 CDEGS SW의 MALT 모듈로 실행하였으며, 접지 저항은 2.
- 전원 노이즈는 ION7650 측정기를 이용하여 측정 분석하였고, 내부 도선과 접지 설비의 노이즈는 Fluke199c 오실로스코프로 측정하였으며, 접지저항과 노이즈 전류는 CA6472와 CA3711 측정기를 이용하여 측정하였다[5]. 측정된 노이즈를 노이즈 패턴 분석 기법에 의해 분석하고 노이즈 발생 기기 간의 순환, 전달 경로 상에서의 유도와 외부 도체로 부터의 침입 등을 차단하는 등전위 그룹의 트리 구조에 의한 노이즈 저감 기법을 제안하였다. 이 등전위 그룹의 트리 구조에 의한 노이즈 저감 기법을 현장에 시공하여 노이즈의 개선 전과 후의 결과를 비교 분석하였고, 제안 기법의 노이즈 저감 효과를 정량적으로 확인하였다.
- 전력 품질의 노이즈 측정은 수 변전 전기실의 3상 440V 분전반에서 측정하였으며, 노이즈 개선 시공 후에도 동일한 분전반에서 재 측정하였다. 측정치는 각각 48시간 동안 측정한 데이터를 저장하였다. 그림 9는 측정장비 Ion7650에 의한 노이즈 측정을 보여준다.
- 본 연구에서는 전기적 노이즈 신호를 측정하여 노이즈가 가지고 있는 파형, 크기, 주파수 그리고 신호 주기를 분석하여 노이즈를 패턴화한다. 패턴화된 노이즈 그룹에 의해 노이즈 발생기기와 노이즈 전달 경로를 예측하고, 노이즈 간섭과 전파를 차단하기 위한 노이즈 저감 기법을 제안한다. 이를 위해 실제 운용 중인 설비의 전력 품질 노이즈, 내부 도체와 접지설비 노이즈를 측정하여 노이즈 파형과 주파수 특성을 분석하였다[2,3].
대상 데이터
- 그리고 분석된 결과를 바탕으로 제안된 방법에 의해 설비를 개선하고 노이즈 저감 효과를 확인하였다. 노이즈 진단 분석 대상은 모터 구동 시스템과 수 변전 전기 설비이다.
데이터처리
- 접지저항 계산과 시뮬레이션은 CDEGS SW의 MALT 모듈로 실행하였으며, 접지 저항은 2.8Ω으로 계산되었다.
이론/모형
- 따라서 제안된 등전위 그룹의 트리 구조에 적합한 접지 설비를 설계하여 노이즈 저감을 최적화한다. 접지시스템의 설계에는 4-점 웨너법으로 실측하여 CDEGS RESAP 모듈로 분석한 대지저항율을 적용하였다[6,7,10]. 분석된 대지저항율은 수평 2-지층 구조로 값은 표3에 나타나 있다.
성능/효과
- (2) 순시 과도 노이즈의 발생이 감소됨을 확인하였다.
- (3) 모터 제어와 제어 통신설비에서 노이즈 전류의 감소와 노이즈 간섭이 개선된 것을 정량적으로 확인하였다.
- (4) 노이즈 전류의 방전량과 방전 성능이 개선된 것을 정량적으로 확인하였다.
- (5) 노이즈 간섭 주파수의 영향 감소와 파형의 왜형율이 개선된 것을 정량적으로 확인하였다.
- 표 5는 노이즈 개선 전후의 총 고조파 왜형율 크기를 나타낸다. 개선 전 총고조파(THD)는 8% 이상을 기록했지만 개선 후 각상의 평균 고조파는 많이 떨어져서 개선 전 보다 약 15% 정도 감소된 것을 볼 수 있다
- 표 6에서 노이즈 전류 방전성을 보면 개선 후에는 설비에서 발생된 노이즈 전류가 신속하게 방전됨을 볼 수 있다. 개선 후의 노이즈 방전량이 최소 30%에서 수 백배 증가되었음을 볼 수 있다.
- 본 논문에서는 운용 중에 발생하는 제어 신호의 간섭과 간헐적인 설비 오동작으로 인해 가동이 중단되는 설비를 대상으로 노이즈를 진단 분석한다. 그리고 분석된 결과를 바탕으로 제안된 방법에 의해 설비를 개선하고 노이즈 저감 효과를 확인하였다. 노이즈 진단 분석 대상은 모터 구동 시스템과 수 변전 전기 설비이다.
- 노이즈 개선을 통해 설비 간에 노이즈의 순환과 증폭을 차단하고 방전시킴으로써 노이즈 저감과 개선 효과를 얻을 수 있었으며, 측정을 통해 결과를 확인하였다. 그 결과는 모터 구동 시스템-1과 2에서 얻었으며, 그림 11은 모터 구동 시스템-1의 개선 전의 노이즈 전류 측정값이고, 그림 12는 개선 후의 노이즈 전류 측정값이다.
- 본 논문에서 제안하는 노이즈 패턴 분석 기법과 노이즈 저감 개선 기법을 통해 현장의 노이즈를 효율적으로 저감하고 전기전자 설비의 노이즈 간섭을 효과적으로 차단할 수 있음을 확인하였으며, 또한 특정 성분의 노이즈가 아닌 넓은 대역의 노이즈를 효율적으로 제거할 수 있음도 확인하였다.
- 본 연구의 노이즈 저감 기법은 특정 성분의 노이즈만을 제거하는 것이 아니라 발생 기기에서 발생되고 전달 경로 상에서 증폭 변조되는 전체적인 노이즈 성분을 제거하는 장점이 있음을 확인하였다.
- 접지 시공 후 측정된 접지저항은 0.78Ω으로 설계치보다 매우 낮은 접지 저항치를 얻었다.
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