LED 고조파로 인한 IGR 누전차단기와 일반 누전차단기에 관한 연구 :A study on the IGR earth leakage circuit breaker and a general earth leakage circuit breaker by LED harmonics

임근하

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자료유형: 학위논문

저자정보: 임근하 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 좌성훈

발행연도: 2017

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수10

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2017

LED 고조파 유출이 누전차단기에 미치는 영향

임근하 , 좌성훈 조명·전기설비학회논문지 2017.04 학술저널

LED 고조파로 인한 IGR 누전차단기와 일반 누전차단기에 관한 연구

임근하 나노IT융합공학 2017.01 학위논문

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최근 LED는 친환경성과 에너지 절약 및 반영구적인 수명의 장점으로 인하여 기존의 인공 광원을 대체하고 있다. LED는 무선, 네트워크, 센서, 자동제어, 디지털제어 등 타 분야와 융합화 되면서 훌륭한 조명 효과를 가져 올 수 있다. LED는 조도와 색온도를 동시에 제어하여 컨버전스 조명과 인간 친화적인 감성조명으로 발전하고 있으며, 이에 따라서 주거 및 공공건물 등의 건축물과 야간 경관에서 매우 효과적인 광원으로 사용되고 있다. LED는 쾌적하고 아름다운 조명 환경의 연출이 가능하여 기존의 백열전구, 형광등이나 메탈할라이드 램프 등에서 LED로 전환되고 있다. 그러나 LED 조명용 광원은 고휘도로 인한 눈부심과 빛공해 발생, 발열로 인한 냉각 필요성 및 고조파 유출로 인한 문제점이 발생하고 있으며, 특히 LED는 고조파 발생원으로 전압 및 전류의 크기 및 주파수, 파형을 크게 왜곡하여 전기기기의 오동작, 측정오차, 소음, 진동, 역률 저하, 발열 및 기기의 고장을 발생한다. 특히, 정상적인 조건하에서 고조파로 인한 누전차단기의 오동작으로 전원 공급이 차단되는 피해 및 전류 및 전압의 증가로 전기기기 및 케이블 등이 과열되어 화재 발생을 초래할 수도 있다. 본 연구에서는 LED에서 발생되는 고조파 차수 및 THDi를 측정 및 분석하였고 일반적으로 가장 많이 사용하는 형광등과 메탈할라이드 램프와 비교 분석하였다. 또한 LED 점등 개수를 증가시키면서 고조파의 유출량을 확인하였다.
LED에서 나오는 고조파는 주로 저차 고조파인 제3차 고조파이며, LED의 개수가 증가할수록 고조파의 양은 증가하였다. 고조파 발생 장치인 NF Power Supply를 이용하여 가장 많이 유출되는 3차, 5차, 7차 고조파를 직접 모델링하여, 기본파와 고조파를 합성하여 일반 누전차단기와 IGR(grounded resistance current) 누전차단기의 동작 상태를 확인하였다. 실험 결과, 일반적인 누전차단기는 고장전류가 아닌 정전용량 성분의 전류에도 쉽게 동작하였고, 특히, 고조파가 인가되면 정전용량 성분의전류가 증폭이 되면서 더 낮은 전류 값에도 동작하였다. IGR 누전차단기는 일반 누전차단기에 비해 정전용량 성분의 전류와 고조파의 영향을 작게 받는 것으로 나타났다. 그러나, IGR 누전차단기도 정전용량 성분의 전류에 동작하는 경우가 있어 완벽히 제거하지는 못하는 것으로 나타났다. 이 연구를 통하여 LED에서 발생되는 고조파로 인한 누전차단기의 불필요한 동작 저감 및 영향을 최소화하기 위한 대책을 제시하였다.

Ⅰ.서론 1
1.1연구의 배경 및 목적 1
1.2연구 내용 및 필요성 3
1.3논문의 구성 3
Ⅱ.고조파의 이론적 고찰 및 누전차단기의 동작 원리 4
1.1고조파의 정의 및 발생원인 4
1.2고조파 각 성분에 따른 특성 5
1.3전류 종합 고조파 왜형률 및 전압 고조파 왜형률 7
1.4전류 종합 고조파 왜형률과 역률의 상관 관계 7
1.5고조파 전류 제한 기준 8
1.6고조파의 영향 9
1.7고조파의 저감대책 16
1.8누전차단기의 동작원리 20
Ⅲ.인공 광원의 고조파 및 누전차단기의 동작 특성 연구 23
1.1인공광원의 종류 23
1.2인공광원의 고조파 측정 및 분석 26
1.3누전차단기의 종류 및 동작 특성 시험을 위한 고조파 합성 39
1.4일반 누전차단기와 IGR 누전차단기의 동작 특성시험을 위한 구성 60
Ⅳ.누전차단기의 동작 실험 결과 및 고찰 63
1.1실험 결과 63
1.2누전차단기의 불필요한 동작 방지 대책 70
1.3연구 결과에 대한 분석 및 고찰 72
Ⅴ.결론 77
1.1참고문헌 80
1.2영문초록 84

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