정전유도장해 전자유도장해 원리와 대책

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정전유도장해 전자유도장해 개념은 전기 및 전자 시스템의 설계와 안전성을 고려할 때 중요한 개념입니다. 이 두 장해는 전력 및 통신 시스템에서 발생할 수 있는 간섭(Interference)을 설명하며, 이러한 현상을 이해하고 관리하는 것은 설비의 안전, 효율성, 그리고 장비의 수명을 보장하는 데 필수적입니다.

1. 정전유도장해 전자유도장해 정의

• 유도 장해란, 전력선이 통신선에 근접했을 때 전력선에 흐르는 전류가 통신선에 전압을 유도하여 통신 신호에 영향을 주는 현상입니다.
• 전력선에서 발생한 유도 전압이 통신선으로 전달되어 통신 기기의 오동작이나 통신 품질의 저하를 초래할 수 있습니다.

2. 정전유도장해 전자유도장해 특성

유도 장해는 크게 정전 유도 장해와 전자 유도 장해로 나눌 수 있습니다.

정전 유도 장해:

• 전력선과 통신선 간의 전기적인 정전 용량($C$)에 의해 발생합니다.
• 주로 고전압 전력선과 통신선이 근접해 있을 때 나타나며, 전압의 변화에 의해 전기장이 생성되어 통신선에 전압이 유도됩니다.

전자 유도 장해:

• 전력선과 통신선 간의 상호 인덕턴스($M$)에 의해 발생합니다.
• 전력선에 흐르는 전류가 변화할 때 통신선에 유도 전류가 발생하여 통신 신호에 영향을 미칩니다.

혼합 유도 장해:

• 상기 두 유도 장해가 동시에 발생하여 통신 신호에 영향을 미치는 경우를 말합니다.
• 정전 유도 장해와 전자 유도 장해가 동시에 존재할 수 있으며, 상황에 따라 유도 전압이 강화될 수 있습니다.

3. 정전 유도 장해의 발생 원리

• 정전 유도 장해는 전력선과 통신선 간의 정전 용량($C$)에 의해 발생합니다.
• 송전선의 영상 전압과 통신선의 상호 정전 용량을 통해 통신선에 전압이 유도되며, 이를 통해 통신 장비에 영향을 미치는 전압이 형성됩니다.

정전 유도 장해의 수식적 해석

• 그림과 같이 전력선과 통신선 간의 정전 용량이 $C_a, C_b, C_c$로 주어졌을 때, 유도된 전압($E_s$)은 다음과 같이 구할 수 있습니다:

$$
E_s = \frac{C_a E_a + C_b E_b + C_c E_c}{C_a + C_b + C_c + C_s}
$$

여기서,

• $C_a, C_b, C_c$ : 각 전력선과 통신선 간의 정전 용량
• $E_a, E_b, E_c$ : 각 전력선의 전압
• $C_s$ : 통신선의 정전 용량

4. 정전 유도 장해의 대책

정전 유도 장해를 줄이기 위해서는 다음과 같은 방법을 사용합니다:

송전선의 연가(Transposition) 실시에 따른 유도 전압 감소

• 연가를 통해 정전 용량($C$)을 균일하게 조정하여 유도 전압을 줄일 수 있습니다.

통신선과 전력선의 이격 거리 증가

• 두 선 간의 물리적 거리를 늘려 유도 전압을 감소시킵니다.

통신선의 차폐 시설 설치

• 차폐 시설을 통해 정전 유도 전압이 통신선에 영향을 미치지 않도록 합니다.

지중 케이블 사용

• 지중 케이블을 사용하여 유도 전압의 영향을 최소화할 수 있습니다.

5. 전자 유도 장해의 발생 원리

• 전자 유도 장해는 전력선에 흐르는 전류가 변화할 때, 상호 인덕턴스($M$)를 통해 통신선에 유도 전류가 발생하여 전압이 유도되는 현상입니다.

전자 유도 장해의 수식적 해석

• 전자 유도 전압($E_m$)은 다음과 같이 계산됩니다:

$$
E_m = -j \omega M (I_a + I_b + I_c)
$$

여기서,

• $\omega$ : 각속도 ($\omega = 2\pi f$)
• $M$ : 송전선과 통신선 간의 상호 인덕턴스
• $I_a, I_b, I_c$ : 각 전력선에 흐르는 전류

6. 전자 유도 장해의 대책

전자 유도 장해를 줄이기 위한 대책은 다음과 같습니다:

송전선과 통신선 간의 이격 거리 증가

• 물리적 거리를 늘려 유도 전류를 감소시킵니다.

송전선의 차폐 시설 설치

• 차폐 와이어나 차폐판을 사용하여 전자 유도 전류를 감소시킵니다.

통신선의 지중화

• 지중 케이블을 사용하여 유도 전류의 영향을 최소화합니다.

차폐선과 연접 접지

• 연접 접지를 통해 유도 전류가 통신선에 미치는 영향을 줄입니다.

유도 전압 억제 설비 설치

• 피뢰기(Lightning Arrestor)와 같은 보호 장비를 사용하여 유도 전압의 급격한 변화를 억제합니다.

7. 혼합 유도 장해의 대책

혼합 유도 장해를 줄이기 위해서는 정전 유도 장해와 전자 유도 장해에 대한 대책을 동시에 고려해야 합니다.

혼합 유도 장해의 종합 대책

1. 송전선과 통신선의 충분한 이격 거리 확보
2. 연가(Transposition) 실시
3. 차폐 시설 및 보호 장비 설치
4. 유도 장해 발생 시, 적극적인 차폐 시스템 도입

이를 통해 혼합 유도 장해를 최소화하고, 통신 장비의 안전성을 확보할 수 있습니다.

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