전국적인 분포를 갖고 있는 배전망에 유일한 과전압 보호 및 절연보호장치인 피뢰기는 배전계통에서의 사고율을 감소시키는 중요한 역할을 수행한다. 이러한 피뢰기의 수명은 동작횟수의 증가에 의해서 서서히 열화되게 된다. 이러한 열화의 과정은 피뢰기의 저항성 전류가 증가하는 현상과 일치한다. 그러나 배전계통에서 저항성 전류를 검출하기 위한 전압요소에 대한 정보를 얻기가 쉽지않다. 본 논문에서는 이러한 피뢰기의 열화현상을 파악하기 위하여 이론적으로 피뢰기의 열화정도가 고조파의 분석만으로 가능하다는 점을 증명하고 특히 3고조파의 증가와 저항성 전류의 증가가 비례함을 현장에서 수집한 피뢰기의 실증을 통해 입증하였다. 이러한 연구결과를 현장에 적용하여 현장의 가혹한 조건의 전자계영향에도 불구하고 정밀한 피뢰기 진단이 가능하다는 결론에 도달하였다. 결론적으로 본 연구의 결과로 현장의 피뢰기 진단이 간편해지고 효율적으로 이루어 질 수 있음을 실증하였고, 앞으로 배전계통에서의 안정적인 전력공급에 기여할 것으로 기대하고 있다.
이 논문에는 교류전압에서 ZnO 피뢰기 소자의 열적 전기적 특성을 기술하였다. ZnO 피뢰기 소자의 누설전류는 시간의 변화에 따라 측정하였다. ZnO 피뢰기 소자의 온도분포를 열화상카메라에 의해 관측하였다. ZnO 피뢰기 소자의 열화 및 열폭주 현상은 열발생과 열방산을 결정짓는 ZnO 피뢰기 소자의 온도한계와 밀접한 관계가 있다. ZnO 피뢰기 소자의 저항은 ZnO 피뢰기 소자의 온도와 누설전류에 의해 민감하게 변화한다. 결론적으로 ZnO 피뢰기 소자의 열화 및 열폭주 현상은 ZnO 피뢰기 소자의 온도와 소자를 통해 흐르는 누설전류에 상당히 의존적인 것으로 나타났다.
전차 선로용으로 적용되는 직류 피뢰기의 설계 기술을 소개하였다. 현재 국내에 사용되는 전차 선로 서지 보호용 직류 피뢰기는 전량 수입에 의존하고 있다. 안전한 피뢰기를 설계하기 위해서 적용 구간의 임펄스 서지 환경을 파악하고 이에 맞는 적절한 내량의 피뢰기를 설계하는 것이 요구된다. 특히 직류 구간의 경우 과도 서지 발생의 형태가 기존 계통 환경과 다르기 때문에 피뢰기 보호범위와 정격의 설정에 주의가 요구된다.
본 논문에서는 가공 배전선로에 사용되고 있는 피뢰기의 상태 진단을 위한 누설전류 분석기법에 대해 기술하였다. 현장에서 다양한 환경 스트레스를 받고 있는 피뢰기는 점차 열화가 진행되어 선로 고장의 원인이 되므로 이를 사전에 검출하여 고장을 예방하는 것이 중요하다. 피뢰기 이상을 효과적으로 검출하는 방법의 하나로 사용되고 있는 누설전류 측정방법에 대해 평가하였다. 피뢰기 누설전류는 측정 환경에 영향을 받을 수 있기 때문에 현장 측정한 결과와 실험실에서 측정한 결과를 비교하여 분석하여 환경영향을 보정하여 판단하는 방법을 고려하였다. 또한 온도에 따른 누설전류 값의 변화를 분석하여 누설전류에 의한 피뢰기 상태 판단 근거를 마련하였다. 이를 위해 현장에서 설치 운용되고 있는 피뢰기를 지역별로 고르게 발취하여 측정 분석하였다.
기기의 절연파괴를 방지하기 위해 배전선로에 설치된 피뢰기가 열화되어 선로 사고를 유발하여 이를 예방하고자 운전 중인 배전선로에서 측정 가능한 피뢰기 열화진단장치의 개발이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 피뢰기 열화와 누설전류 측정 및 피뢰기 열화진단장치의 원리를 확인하고 이 측정한 값에 대한 판정기준을 소개하기로 한다.
배전선로는 전력공급설비의 말단에 있으며 전압의 변동 및 주파수의 변동등이 적은 전기를 공급하는 동시에 정전이 적은 전기를 공급해야 된다. 뇌해에 의한 사고도 내뢰시설의 증강으로 감소경향에 있으며 피뢰기 부착의 증가, 가공지선의 적당한 부탁으로 신뢰도가 높은 배전설비가 되고 있다. 여기서는 배전선로에서 활약하고 있는 피뢰기의 구조를 중심으로 그 메카니즘에 초점을 맞추어 설명하기로 한다.
피뢰기에 뇌 또는 이상전압과 같은 정격이상의 고장전류가 유입되어 발생하게 되는 순간적인 열 충격과 내부압력 상승은 폭탄이 내부에서 터지는 것과 같은 엄청난 양의 충격에너지이다. 본 연구에 있어서 폴리머 피뢰기의 제조에 사용된 모듈용 브레이드 복합재료는 압력해소 및 폭발 비산하지 않도록 하는 기능을 수행하도록 설계되어있다. 기존의 폴리머 피뢰기에 적용된 복합재료보다 충격에너지를 흡수하는 구조물에 유리한 브레이드 복합재료를 피뢰기 모듈의 제조에 도입한 것은 매우 의미 있는 일이라 판단된다. 따라서 본 연구에서는 열경화성 브레이드 복합재료를 제조하기 위하여 프리폼을 먼저 제작한 다음 금형에 삽입한 후 진공상태에서 수지를 주입하여 경화시키는 RTM공법을 이용하였다. 본 연구의 목적은 브레이드 패턴 및 방압개소 설계 등의 기초적인 자료조사 및 실험을 통하여 폴리머 피뢰기의 폭발 비산을 방지할 수 있는 압력해소 성능을 위한 기초 자료를 확보하고자 하는 것이다. 브레이드 복합재료의 기본적인 경화거동을 등온 및 동적 DSC를 이용하여 고찰하였고, 기본적인 전기적 특성을 평가하였으며, 방압개소를 가진 폴리머 피뢰기 모듈의 고장전류시험시 예상되는 열 충격에 대한 성능을 검증하기 위하여 열팽창계수를 측정하였다.
이 논문은 피임펄스전류의 입사에 따른 ZnO 피뢰기의 열화 특성에 대하여 기술하였다. 뇌서지에 의한 ZnO 피뢰기의 열화특성을 분석하기 위해 시료 ZnO 피뢰기에 8/20[${\mu}s$], 2.5[kA]의 표준뇌임펄스전류를 인가하였다. 뇌임펄스전류를 인가한 것과 인가하지 않은 ZnO 피뢰기에 흐르는 상용주파수 AC 및 DC 누설전류를 측정하였다. 그 결과 임펄스전류의 인가횟수가 증가함에 따라 누설전류는 증가하였고 AC전압에서 누설전류의 비 대칭성은 뚜렷하게 나타났다. 뇌임펄스전류를 인가하지 않은 ZnO 피뢰기의 ZnO 입자는 균일한데 반해 뇌임펄스전류를 인가한 ZnO 피뢰기의 ZnO 입자는 불균일하게 변형되었다. 또한 뇌임펄스전류 인가에 따른 $Bi_2O_3$의 감소가 입계층의 결핍을 발생시키며 입계층의 결핍에 의한 전류의 집중이 ZnO 피뢰기 소자의 비선형 특성의 열화에 대한 중요한 요인으로 작용한 것으로 밝혀졌다.
최근의 피뢰기의 주류는 산화아연형이다. 그것은 우수한 전압-전류 비직선특성과 고신뢰성에 기인된다. 그러나 반면에 사용실적이 적다는 것, 산화아연소자의 열화기구가 충분히 해명되어 있지 않다는 등으로 정도가 높은 피뢰기의 외부진단기술에 대한 관심이 높아져가고 있다. 여기서는 최근의 동향과 적용사례를 소개한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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