[논문]뇌격전류 측정의 정확도에 영향을 미치는 요인

이복희; 장근철; 강성만; 엄주홍; 정길조; 심응보; 우정욱

뇌격전류 측정의 정확도에 영향을 미치는 요인
Factors Affected the Accuracy of Lightning Current Measuring System 원문보기

이복희 (인하대 차세대 고전압전력기술연구센터) , 장근철 (인하대 차세대 고전압전력기술연구센터) , 강성만 (인하대 차세대 고전압전력기술연구센터) , 엄주홍 (인하대 차세대 고전압전력기술연구센터) , 정길조 (한국전력연구원) , 심응보 (한국전력연구원) , 우정욱 (한국전력연구원)

The factors affecting the accuracy of lightning current measuring system are figured out the materials and length of down-conductor, and impedance matching between grounding resistance and characteristic impedance of cable. The cable with the low characteristic impedance used to transfer the lightning current from the top of the tower is too long to measure the waveform of lightning current, exactly. Especially, the height of the tower can cause the change of front time and magnitude of lightning stroke current. Basically, in this experiment. It was found that the magnitude and rise time of the lightning current are extremely dependant in the length of down-conductor in lightning current measuring system.

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문제 정의

현재 운용중인 낙뢰위치표정시스템은 송전 및 변전설비의 낙뢰에 의한 사고원인 분석과 계통운용 목적에 지속적으로 사용중에 있으나, 낙뢰자료의 연간 편차가 심하여 국내 낙뢰자료에 대한 DB의 신뢰도 확보 차원에서 뇌격전류의 직접측정방식의 낙뢰데이터에 의한 전체적인 보정 작업이 필요하다. 본 논문은 유뢰철탑을 이용한 뇌격전류를 측정하는 시스템에서 동축분류기를 통해 측정된 뇌격전류의 크기와 파형에 영향을 미칠수 있는 요인에 대해 알아보았으며, 자체 제작한 조합형 임펄스발생기를 이용하여 인하도선의 재료, 길이 그리고 특성 임피던스와 접지저항 사이에 발생하는 정 . 부반사 현상 및 동축분류기의 설치위치에 따라 뇌격전류 특성이 달라질 수 있는지에 대해 알아보았다.
본 논문은 유뢰철탑을 이용한 뇌격전류를 측정하는 시스템에서 동축분류기를 통해 측정된 뇌격전류의 크기와 파형에 영향을 미칠수 있는 요인에 대해 알아보았으며, 자체 제작한 조합형 임펄스발생기를 이용하여 인하도선의 재료, 길이 그리고 특성 임피던스와 접지저항 사이에 발생하는 정 . 부반사 현상 및 동축분류기의 설치위치에 따라 뇌격전류 특성이 달라질 수 있는지에 대해 알아보았다.

제안 방법

그림 6에는 동축 인하도선의 길이에 따라 전류 파형이 변화하는 양상을 보여주고 것으로 사용된 도선의 재료로는 특성임피던스가 50[Q]인 신호전송용 케이블로 대체하여 실험을 수행하였다. 케이블 길이가 50[m]의 경우 케이블을 설치하지 않은 경우보다 크기가 반으로 줄어들고.
뇌격전류 파형의 측정은 동축분류기와 로고우스키 코일을 이용하여 측정하며, 낙뢰의 침입각을 관측하기 위하여 정지형 카메라와 CCD 카메라의 관측장비를 설치하였다. 고창 765[kV]실중시험장에 설치되는 뇌격 전류측정시스템은 유뢰 철탑 상부에 전류측정용 동 축 분류 기와로 고우 스키 코일을 장착하고 E/O 변환기를 통하여 측정된 전기적 신호를 광신호로 변환하여 광케이블로 전송한다.
뇌격전류의 측정시 뇌격전류의 전류파형에 영향을 미치는 요인을 평가하기 위해 임펄스 전류발생장치와 대전류 측정용 동축분류기를 이용해 측정한 결과를 분석한바 다음과 같은 결론을 얻었다.
97[mQ]인 뇌격전류 측정용 동축분류기와 5[Hz]~ 100[kHz]의 동작주파수를 갖는 전류프루브를 사용하였다. 동축인하도선의 설치방법으로는 케이블의 심선과 금속시스(metal sheath)는 상단에서 본딩하지 않았고, 하단만 본딩하여 접지저항과 연결하였으며, 접지저항은 유뢰철탑의 실측된 접지저항 값으로 대지전위 분포 곡선을 이용하여 산정한 값으로 실험계에서는 인덕턴스의 영향이 없는 무유도 저항을 사용하였다.
광케이블로 받은 신호는 O/E변환기를 거쳐 디지털 신호로 변환할 수 있는 A/D 변환기를 거치게 된다. 모든 설비는 기본적으로 GPS 수신기와 광센서를 이용한 트리거 모드를 가지고 있어서 동일한 조건에서 동작하여 동일 시각대의 자료를 기록할 수 있도록 설계하였다. 설비자체의 보호를 위하여 전원부 앞단에는 NCT(Noise Cut Transformer)를 기본적으로 설치하였으며, 정전시에도 측정시스템의 동작을 유지시키기 위해 무전원 장치도 설치하였다.
모든 설비는 기본적으로 GPS 수신기와 광센서를 이용한 트리거 모드를 가지고 있어서 동일한 조건에서 동작하여 동일 시각대의 자료를 기록할 수 있도록 설계하였다. 설비자체의 보호를 위하여 전원부 앞단에는 NCT(Noise Cut Transformer)를 기본적으로 설치하였으며, 정전시에도 측정시스템의 동작을 유지시키기 위해 무전원 장치도 설치하였다.
특성임피던스가 50[Q]인 신호전송용 동축케이블은 인하도선의 재료로는 적합하지는 않지만 인하도 선의 길이에 대한 영향을 검토하기 위해 사용하였으며, 실제 설치된 케이블과 동일조건이 되도록 펼쳐서 실험하였다. 임펄스발생기의 출력전류 상승시간은 3[㎲]~ 12[㎲]뇌격전류의 특성율 갖도록 하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 인하도선의 재료는 특성 임피던스 가수〔Q〕인 인하도선용 케이블과 단면적이 38[mm⁺]인 GV 전선, 그리고 특성임피던스가 50[Q]인 동축케이블을 사용하였다. 특성임피던스가 50[Q]인 신호전송용 동축케이블은 인하도선의 재료로는 적합하지는 않지만 인하도 선의 길이에 대한 영향을 검토하기 위해 사용하였으며, 실제 설치된 케이블과 동일조건이 되도록 펼쳐서 실험하였다.
동축 인하도선과 접지저항에 임펄스 전류를 인가하여 동축분류기를 통해 측정되는 전류는 오실로스코프로 전송된다. 사용된 장비로는 500[MHz], 2.5[GS/s]오실로스코프와 RLC 조합형 임펄스발생기, 저항값이 1.97[mQ]인 뇌격전류 측정용 동축분류기와 5[Hz]~ 100[kHz]의 동작주파수를 갖는 전류프루브를 사용하였다. 동축인하도선의 설치방법으로는 케이블의 심선과 금속시스(metal sheath)는 상단에서 본딩하지 않았고, 하단만 본딩하여 접지저항과 연결하였으며, 접지저항은 유뢰철탑의 실측된 접지저항 값으로 대지전위 분포 곡선을 이용하여 산정한 값으로 실험계에서는 인덕턴스의 영향이 없는 무유도 저항을 사용하였다.

성능/효과

(1) 동축분류기를 통해 측정된 파형은 동축분류기의 위치와는 무관하였다.
(2) 인하도선으로 사용된 동축케이블 인하도선은 자체 특성 임피던스를 가지고 있지만 수 ㎲의 상승시간을 가지는 임펄스전류에 대해서는 특성임피던스를 갖는 케이블로 작용한다고 볼 수 없었다.

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