본 논문에서는 22.9kV 고압 가공 배전선로를 고속 전력선 통신을 위한 통신 채널로 사용하기 위하여 전력선 통신 주파수 $2MHz{\sim}30MHz$ 대역에 대한 특성 파라미터를 해석하였다. 먼저 고압 배전선로에 주로 사용되는 ACSR-OC 케이블에 대한 구조를 분석하고 이의 특성 파라미터로부터 분포정수와 특성 임피던스를 구하였다. 또한 등각 사상법을 이용하여 유전체가 코팅된 평행 2선식 고압 배전선로의 정전용량 및 유효유전상수를 계산하였다. 이러한 결과를 바탕으로 고압 배전선로의 분포정수와 특성임피던스를 구하였으며, 특성임피던스는 케이블 단면적에 따라서 $470{\ell}{\sim}530{\ell}$ 사이의 분포를 나타내었다. 특히, 특성 임피던스는 지면을 완전 전기도체로 가정할 경우에 비하여 실제 지면의 도전율과 유전상수를 고려할 때 20MHz 이하의 대역에서 보다 높은 값을 갖는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 단락형 스터브에 의해 구현되는 이중 모드 공진기의 전달 함수를 수식적으로 해석하여 임의의 공진 주파수를 만족하는 이중 모드 공진기의 전송 선로와 스터브의 전기적 길이 및 임피던스를 계산하였다. 계산된 결과에 의하면 전송 선로의 전기적 길이는 공진 주파수에 의해 결정되며, 스터브의 전기적 길이는 공진 주파수 및 선로와 스터브의 임피던스에 의해 결정된다. 또한, 이중 모드 공진기를 이용하여 필터를 설계하기 위해 필터의 리플 값에 따른 인버터의 크기를 계산하였다. 계산된 결과에 의해 스터브의 임피던스에 따른 인버터의 변화는 거의 없으며 전송 선로의 임피던스가 작을수록 인버터의 크기는 증가하고 필터의 대역폭이 클수록 인버터의 크기가 증가함을 확인하였다.
본 논문은 인하도선의 설치에 따른 접지시스템의 임펄스전류에 대한 과도임피던스 특성을 다루었다. 임펄스전류를 심매설 봉상 접지전각과 그리드 접지전극에 인가하였을 때 임펄스전류의 상승시간과 인하도선의 길이에 따른 전위상승과 실효임펄스접지임피던스를 측정하고 분석하였다. 과도접지임피던스는 접지전극의 형상과 크기 및 임펄스전류의 파형과 인하도선의 길이에 강하게 의존하며, 인덕턴스가 최소화되도록 인하도선을 설치하는 기법이 과도접지 임피던스의 저감을 위한 중요한 요소이다.
3상 4선식 배전계통을 채용하는 우리나라는 비선형 부하의 증가로 중성선에는 많은 중성선 고조파 전류가 관측되고 있다. 또한 접지 임피던스는 고조파가 있는 중성선 전류에 영향 끼친다고 알려져 있다. 전위 강하법에 따라 현장에서 실측한 고조파 전류와 전압을 측정하고, Pattern Search 기법으로 고조파 해석용 접지 임피던스를 모델링 하였다. 여기서 구한 임피던스 모델은 현장 시험에 의한 임피던스 모델과 비교하여 유사한 결과를 얻었고, 접지 시스템의 고조파 및 과도 응답 특성을 평가하는데 활용될 것으로 사료된다.
본 논문은 임펄스전류에 따른 접지시스템의 과도 특성에 관한 것으로 임펄스 전류를 심매설 봉상 접지전극과 그리드 접지전극에 인가하였을 때 나타나는 과도접지임피던스를 조사하였다. 과도접지임피던스는 인가전류의 상승시간과 접지전극의 크기 및 형태에 강하게 의존하며, 접지전극의 인덕턴스는 짧은 시간 영역에서 접지시스템의 과도 접지임피던스에 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 심매설 봉상접지전극은 짧은 시간영역에서 과도접지임피던스를 줄이는데 효과적이었다.
PEMFC의 전기화학적 반응은 촉매, 이오노머, 기공이 만나는 삼상계면에서만 일어나므로, 전극 구조의 최적화가 성능 향상 및 장기안정성 확보에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 전극 미세구조를 실시간으로 분석하기 위해 임피던스 복소캐패시턴스법을 도입하고자 하였다. 즉, PEMFC의 양극에 질소를 공급하면 0.4 V 부근에서 전기이중층 형성 반응만이 일어나는 것을 확인하였으며, 이때 음극에는 수소를 공급하여 기준전극 및 반대전극으로 사용하였다. 측정된 임피던스를 복소캐패시턴스로 변환하고 허수부를 주파수에 대해 도시하면 피크 형태의 곡선이 얻어지는데, (1) 피크 면적은 전극/전해질의 계면면적, (2) 피크 위치는 이오노머 네트워크에 의한 수소이온 전도 특성, (3) 피크 폭은 다공성 구조의 균일도를 각각 나타내므로, 피팅 없이 직접적인 해석이 가능하다는 장점을 가진다. 반면, 기존의 Nyquist 도시법은 피팅에 의한 분석이 필요하며, 전극층의 불균일한 구조로 인해 단순한 등가회로 구성이 어려운 문제점을 가진다. 최종적으로, MEA 제작 조건 및 운전 조건을 변수로 하여 임피던스를 측정하고 복소캐패시턴스 분석을 수행하여, 퇴화 경로를 규명하고 운전 조건을 최적화하고자 하였다.
본 연구에서는 고속전력선통신(PLC)을 위한 고압배전선의 임피던스 측정 방법을 소개한다. 현재 전세계적으로 고속 PLC를 위해서 1MHz${\sim}$30MHz대역을 사용하고 있다. 임피던스 특성을 실제 필드에서 측정하기 위해 본 연구에서는 휴대용 고압결합장치를 개발하였다. 임의의 고압 배전선에 일시적으로 결합할 수 있도록 고안된 고압결합장치로서 살아있는 전력선에 정전 없이 설치 가능하다. 이 장치는 고압용 커풀러(Coupler)와 60Hz 저주파를 차단하기 위한 드레인 코일(drain coil)로 구성되었다. 측정을 위해서는 벡터 회로망 분석기를 사용하였으며, 본 논문에서는 측정된 고압선 임피던스를 보여 주고 이 결과를 이용한 임피던스 정합 방법을 제시하였다.
유기발광소자의 발광층의 두께에 따른 임피던스의 변화를 살펴보았다. 임피던스는 두께에 따라 저항의 변화에 따른 의존성을 보이며, 그에 따른 임피던스와 Cole-Cole 반원의 변화, 두께에 따른 $1/\tau$ 의 변화를 살펴보았다. 발광층의 두께는 각각 100, 200, 300 nm의 두께로 열증착하여 실험하였고, 소자의 구조는 $ITO/Alq_3/Al$의 구조로 측정 하였다. 유기발광소자의 발광층인 $Alq_3$의 두께가 증가함에 따라 임피던스의 크기가 증가하고, 위상각의 크기는 100nm의 경우 0V에서 용량성을 보이다가 6~10V까지 부성저항특성을 나타낸 후 약 22V에서 저항성을 나타내고, 200과 300 nm의 경우 12V까지 용량성을 나타내다 이후 22V 근방에서 $0^{\circ}$에 가까워지며 저항성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 두께에 따른 Cole-Cole 반원을 살펴보면 두께가 증가할수록 반원의 크기가 증가하는 것을 알 수 있으며, 이를 통해 간단한 등가회로를 예측할 수 있었다. 그리고 벌크내의 용량성$(C_p)$을 측정하여 두께의 증가에 따라 $C_p$ 값이 감소하는 것을 알 수 있었다.
본 논문에서는 인접된 다중모드 공진점을 갖는 수중 음향 압전 트랜스듀서의 전기적 등가회로 모델을 추정하는 방법을 제안하였다. 트랜스듀서의 실측된 임피던스와 추정된 등가모델의 임피던스 오차가 최소가 되도록 공진모드간 결합 영향을 고려한 적합도 함수를 제안하고, 미립자 집단 최적화 (PSO:Particle Swarm Optimization) 알고리즘을 이용하여 등가회로의 미지상수를 추정하였다. 3개의 공진점을 갖는 샌드위치형 예제 트랜스듀서에 대하여 제안된 방법을 적용하여 등가회로를 모델링하고, 수중에서의 임피던스 측정치와 추정된 등가모델의 임피던스를 비교함으로써 제안된 기법의 타당성을 검증하였다.
직경 $190{\mu}m$ Cu 와이어에 $Ni_{80}Fe_{20}$ 연자성 물질을 전기도금법으로 증착하여 금속 코어/연자성 쉘 구조의 복합 와이어를 제작하고 이 와이어에서 자기임피던스 효과(MI 효과)를 연구하였다. 원통 좌표계에서 복합 와이어의 임피던스 텐서의 두 대각 성분 $Z_{{\theta}{\theta}}$와 $Z_{zz}$는 z 방향으로 가한 자기장에 대해 큰 MI 효과를 나타낸 반면, 비대각 임피던스 $Z_{{\theta}z}$의 MI 효과는 매우 약하게 나타났다. 비대각 자기임피던스 효과가 큰 복합 와이어를 만들기 위해 비틀림 스트레인 하에서 전기도금하는 방법을 시도하였다. Cu 와이어의 한쪽 끝을 약 $270^{\circ}$ 이상 회전한 상태에서 전기도금 된 복합 와이어는 뚜렷하게 증대된 비대각 MI 효과를 보였으며 $360^{\circ}$ 회전한 상태에서 도금 된 와이어에서 최대의 비대각 MI 효과를 얻을 수 있었다. 본 연구를 통해 비대각 MI 효과가 큰 복합와이어를 제작하는 방법을 개발한 것은 금속 코어/자성 쉘 복합 와이어의 자기센서 소재로써의 응용가능성을 높일 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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