유도장애

 

유도장애

제1장 전력유도 개요
1절. 유도원리
일반적으로 통신선 유도장해라 함은 강전류 전력선에 의하여 약전류 통신선에 이상전압 또는 전류를 흐르게 하여 통신시설에 장해를 일으키는 현상을 말하며, 여러종류의 장해현상이 있으나 실무에 필요한 내용만 설명하기로 한다.

 

  1. 정전유도   
     그림 1-1과 같이 양(+)으로 대전된 도체 A에 대전되지 않은 도체 B를 가까이하면 A에 가까운 도체 B에는 음(-)전하가 먼쪽 C에는 양(+)전하가 나타난다. 이때 도체 B가 절연되어 있을 경우 B의 양단에 나타나는 양, 음의 전하량은 동일하다. 다시 A를 제거하면 B에 나타나는 전하는 중화되고 대전되지 않은 상태로 된다. 이는 같은 부호의 전하는 반발하고 다른 부호의 전하는 흡인하는 전하의 성질 때문이다. 이런 현상을 정전유도라 하며 이때 두 도체사이의 전위차는 유기된 전압과 선간용량의 크기로 결정된다.
 

+  +  +  +  +  +  +        A   ●───────────●                            전력선                   -   -   -   -   -   -   -        B┌●───────────●┐          ☏                통신선               ☏ 수화기        C└●───────────●┘                    +   +   +   +   +   +   +                          [그림 1-1]

   여기서 A를 전력선 B, C를 통신선이라 하면 A에 많은 양의 전하가 존재하므로 A에 가까운 쪽 B에는 A와 반대의 전하가 생기고 먼쪽 C에는 A와  같은 종류의 전하가 발생한다.
  따라서 B, C간에는 수화기를 통해서 전하가 흐르게 된다.
  A에 가해지는 것은 일반적으로 교류인데 A의 전하부호가 변화하기 때문에 B, C간의 전하도 교차로 이동하게 된다. 전하 이동량의 시간적 변화율이 전류이므로 A와 같은 주파수의 전류가 전화기에 흐른다.
  이것을 정전유도라 하며 잡음전압의 원인이 된다.
  이와 같이 통신선에 유도된 전하가 흐르게 되면 대지에 대해서도 전압이 생기게 되고 정전유도전압이 커지면 통신선과 대지간에 삽입된 피뢰기가 방전을 일으키고 피뢰기가 없는 경우는 통신선로의 절연을 파괴하게 된다.
  정전유도를 방지하기 위해서는 통신선 또는 전력선을 금속피복으로 감싸고 이것을 접지하면 금속피복의 유도전하가 대지로 흘러 통신선에 정전유도장해가 발생하지 않는다.
  이와 같이 전기적 작용을 않받도록 금속피복으로 감싸는 것을 차폐라 하며 실제 대부분의 통신선이 케이블로 정전유도장해가 없기 때문에 본 교재에서는 이론과 구체적인 계산방법 등 정전유도에 대한 내용은 생략하기로 한다.

 

  2. 전자유도  
     그림 1-2와 같이 병행한 두도선의 한쪽 A에 전류를 흐르게 하면 전류가 흐르는 순간 B에는 A전류와 반대방향의 전류가 흐른다.
  다음에 도체 A대신 자석을 도체 B에 가까이 또는 멀리 움직이면 B에 전류가 흐른다.
  이와같이 B에 기전력을 발생시키는 것은 자속의 변화에 의한 것으로 생각할 수 있다.

[그림  1-2]

  이것을 전자유도현상이라고 하며 이 기전력을 전자유도전압이라 한다.
  우리가 일상생활에서 사용하고있는 많은 전기기기들이 이런 현상을 응용한 것들이다. 반면 통신시설에는 유도장해의 원인이 되는데 정전유도와 달리 지중케이블에도 발생하므로 대책방법이 간단하지 않고 복잡하다.
  전기공학에서 파라데이(Faraday's Law)와 렌쯔의 법칙(Lenz's Law)이 적용되는데 간단히 표현하면 다음과 같다.

      Ø =∫Bds = BA,    e = -dØ/dt = -d/dt·(BA)  

여기서 Ø : 자속(Wb), B : 자속밀도(Wb/㎡), A : 단면적(㎡), e : 유기기전력(V)

  위 식에서
      e = -d/dt·(BA) = -d/dt·(BℓX) = -Bℓ(dx/dt)
        = -Bℓυ[V]와 같이 유도할 수 있다.

   유기기전력 e는 다시
      e = -M·di/dt = -M·d/dt(Imsinωt) = -ωMImcosωt
        = -ωMImsin(ωt+π/2)로 표현할 수 있다.

   위 식을 벡터로 표시하면
      e = -jωMI [V]로 되며 전자유도전압을 나타내는 기본식이다.

 

2절. 유도전압의 종류
  1. 유도전압의 종류
     가. 고장시 유도위험전압(V_f)
        전력선이 일선지락고장을 일으켰을 때 대지에 흐르는 고장전류에 의해서 통신선에 발생되며 일반적으로 고장전류의 지속시간이 매우 짧기 때문에 유도전압 제한치는 상시보다 높은 값까지 허용하고 있다.

 

     나. 상시 유도종전압(V_ℓ)
        전력선 정상운전시 대지에 흐르는 전류(대지귀로 전류)에 의해서 통신선에 발생하는 기본파의 유도전압이다.
  이것이 일정치 이상이 되면 통신선과 대지간에 직접 접속된 교환기나 단말기의 오동작을 일으키기도 하고 유도전압이 커지면 통신선로 작업자의 작업능률이 떨어진다.

 

    다. 상시 유도잡음전압(V_n)
        유도잡음전압은 통신회선을 구성하는 2개의 심선간에 생기는 전압으로 잡음을 일으키며 기(起)유도원에 포함된 고조파에 의한 것과 통신선과 대지간의 평형도가 맞지 않을 경우에 발생한다.

 

  2. 유도장해 발생원
    가. 송전선
        송전선은 고장시의 계통보호 및 고장의 신속한 검출과 복구 등의 목적으로 그 중성점을 발전소와 변전소에서 접지하고 있다.
   송전선에 일선지락이 생기면 그림 1-3과 같이 지락전류가 대지귀로전류로 되어 흐르기 때문에 유도발생원(誘導發生源)이 되며 소호리액터 접지방식은 수백(A) 정도이나 직접 접지의 경우는 수천∼수만(A)까지 흐를 수 있다.

[그림 1-3]

  송전선의 정상운전시는 중성점 접지를 통하여 흐르는 전류가 거의 없어 특수한 경우를 제외하고 전자유도는 거의 발생하지 않는다.
  그러나 최근 송전용량의 증가와 가공지선에 흐르는 유도전류를 무시할 수 없게 되어이 전류에 의한 2차 유도문제가 제기될 수도 있다.

 

    나. 다중접지 특고압 배전선  
        우리공사의 배전계통은 그림 1-4와 같이 공동중성선 다중접지방식으로 구성되어 있다.
  부하는 3상4선식 또는 단상2선식으로 연결되어 부하 불평형에 의한 영상전류가 접지된 중성선 및 대지를 통해서 흐른다.
  다중접지된 특고압 배전선에서의 유도장해는 대지귀로전류에 의해서 발생되며 형태에 따라 일선지락고장시(一線地絡故障時)와 정상운전시(正常運轉時)로 구분된다.