EMI 와 EMC 정의 및 적용

[智雲]

EMI 와 EMC 정의 및 적용

     (가) 전자기 간섭(EMI)경감 대책

        전자기 영향에 민감한 전기기기는 전자기 방출 기기로 부터 이격

     (나) EMI와 EMC 정의 및 적용

        O. E M I (Electromagnetic .전자파 장애) 

              - 낙뢰,개폐조작,단락 및 용접기, UPS 등의 전자기 현상은 전자기간섭을 야기

              - 예)승강기의 기동 전류에 의한 정보기술계통의 과전압 유기 등

              - 원인제공 : 정보기술계통 및 기기 등 전자회로의 교란과 손상

         O. E M C (Electromagnetic Compatibility) : 전자기 적합성

              - 다른 전기기기나 시설에 유해한 영향(전자기장해. 유도 전압의 장애 등)을 미칠 우려에

                 대한 특성의  적합성 평가를  EMC표준에  따라 대책을 수립 하여야 함

              - 전자기 간섭(EMI)의 회피 방안으로  다른 전기 기기/공급 설비에  유해한  영향 및 전원

                  손상 잠재성에 대한 기기의  민감성(감수성)평가 ( E M S)해야 함

          O. 대책 수립 : 적합한 접지방식 선정 및 결합 메카니즘  선택

해 설

1. 각 기기에 대하여 전자적 노이즈 발생량

    - 전자기 간섭(전자파 장애 (EMI) ☞ 원인(규제)

 2. 전자적 노이즈를 받을 경우 즉 어느 수준의 전자파 환경에서의 기기 내량 평가          

    - 전자기 민감성(EMS) ☞ 평가

 3. 전자기 적합성(EMC)란? = 1항+2항

    - 전위차의 억제 및 차폐효과의 제공으로 전자기 간섭(EMI)의 회피방안과

       일정 수준의 전자파 환경에서도 오동작 없이 작동할 수 있도록  견디는 수준

       ☞ 대책

전자기 간섭(EMI) 감소 대책

     (가)접지 계통의 적용

●

O. 접지의 목적

           -  감전에 대한 인체의 안전 및  전기적 사고에  대한 기기의 보호

           -  기준전위
           -  만족스러운  전자기 적합성(EMC)에 대한 성능 확보

      O. EMC성능 확보 방안

          - 개별접지(독립) 및 단일(공용)접지방식 지양

          -  등전위 본딩 접지계통 유용
            : TN-S 접지방식 적용권고

(나)  L E M P

        (가) 雷電磁氣 임펄스(LEMP: Lightning Electromagnetic Impulse)
            - 뇌격전류에 의한  전기자기(전자계)영향
            - 방사 임펄스 전자계와 전도성서지 도 포함
           *뇌서지란?   

            뇌전자기 임펄스에 의해  발생한 과전압. 과전류로서 나타나는 일시적 파동

        (나) LEMP 보호대책:  -SPM(Surge Protection Measures)   ☞ 기본 보호대책

                                                    -LPMS(Lighting Protection Measures Sys)
             O. 접지와 본딩   
               - 뇌전류를 대지로 분산 및 자계감소,전위차 최소화
             O.자기차폐와 선로경로
               - 공간차폐물은 LPZ내부의 자계를 감소

               - 선로경로는 유도LOOP를 최소화하여 내부서지 감소
             O. 협조된 SPD확보
               - 내,외서지 영향을 제한하며 접지 및 본딩과 연계

예) LPMS 설치 및 시공  …피뢰구역의 도입

-LPZ Oa :직격뢰에 의한 뇌격과 뇌전자계위협  존재…외등, 감시카메라

-

 - LPZOb : 직격뢰는 보호되나 뇌 전자계위협 지역으로 전자계 감소 없음…안테나,항공장애

 - LPZ 1 : SPD에 의해 서지가 1차 제한 및차폐에 의한 뇌전자계 형성이 약해 짐 …수변전설비

 - LPZ 2 : 2차제한 및 차폐를 시행, 뇌전류와 전자계에 안전….중앙제어실, 전산실

참고

O.  -Y-Y(고.저압)는 3배수고조파가 양측에 흐름

      - 3권선 변압기(Y- △-Y) 

      - Y결선 중 한쪽 또는 양쪽 중성선 제거   

      - △결선(Y측:송전, △측:변전)     

●

O.  기본파  상회전을  정상이라면 각 기수파 고조파의  상회전은

     - 영상 : (3n+3) 3,6,9,12,15차… 상순?

     - 역상 : (3n+2) 5,11,17,23차…  acb

     - 정상 :((3n+1) 7, 13,19 ,25차 …abc  *n(정수)=0,1,2,3,4,5~

   즉  제3고조파  :  영상분 고조파

        제5고조파  :  역상분 고조파

        제7고조파  :  정상분 고조파

가. 고조파가 중성선에 미치는 영향(참고)

 3φ4W방식이 보편화 되는데 중성선에 

 과대한 전류가 흘러 MCCB Trip, 케이블

및 변압기 소손, 유도장해 등의 원인

▣ 각 상 및 중성선 전류 실측사례

변압기용량	R상	S상	T상	N선
3Φ 250KVA	300A	300A	250A	350A

나)  제3고조파  함유량에 따른 중성선 단면적 굵기 산정

중성선에 흐르는 전류가 상전류 보다 클 경우(단,고조파33%이상) 케이블도체의  단면적은 중성성에

흐르는 전류를 기초로  산정 하며, 33%이하 에선 단면적은  상전 류를 기초하되 감소계수(0.86) 적용.

     CASE 1. 제3고조파:15~33%함유 …… 단면적은  상도체 전류를  적용

            - 만약 20% 때  감소계수 : 0.86을 적용

               즉 부하전류가 37(A)라면  37/0.86 = 43(A)로  단면적 산정(최소면적 적용)

    CASE 2. 제3고조파 : 33~45%함유 …… 단면적은  중성선 전류를 적용

          - 만약 40% 때  37(A) x 0.4 x 3 = 44,4(A) / 0.86 = 51.6(A)로 단면적 산정 (10㎟:전력회로의 최소나전선)

    CASE 3. 제3고조파 : 50%이상 …..  단면적은  중성선  전류를  적용

          - 만약 50%때  37(A) × 0.5 × 3 = 55.5 (A)  감소계수 = 1 을 적용 (16㎟)

상전류의 제3고조파  함유량(%)	감소계수
	단면적은 상전류기초	단면적은 중성선전류기초
0~15	1.0
15~33	0.86
33~45		0.86
45이상		1.0

상전류의 제3고조파  함유량(%)	감소계수
	단면적은 상전류기초	단면적은 중성선전류기초
0~15	1.0
15~33	0.86
33~45		0.86
45이상		1.0

   O.  다상 회로에서 중성선의 단면적

ž(1) 3상회로에서  중성선의 단면적이  상도체보다  클 경우

ž      O. 상도체 단면적이 CU=16 ㎟/AL=㎟ 25 이하 일때

ž            (TT /TN-S접지계통에서는 같을 수 있음)

ž      O. 제3고조파(3배수포함왜형률)가 15~33% 일때…

ž           (*33%이상은 중성선전류를 기초로 함)

ž

ž(2)  3상회로에서 중성선의 단면적이 상도체 보다 작을 경우

ž     O. 상도체의 단면적이 CU=16㎟/AL=25 ㎟ 초과하고

ž           중성선의 굵기가 CU=16㎟/AL=25 ㎟ 이상 일때(최소)

ž      O. 제3고조파가 15% 이하 일때

ž

ž(3)  3상회로에서 중성선의 단면적이  상도체와 단면적이  같은 경우

ž     O. 상도체의 단면적이 CU= 16 ㎟ /AL=25㎟  이상일때

나. 중성선의 보호

-(1) 과전류 보호:  중성선 차단 (간접접촉 위험에 대한보호기준/중성선 회로 분리기능은 권장)                   

-   O.TN-C 접지계통 : 고장시 개방 불가(*PEN도체:연녹색/중성선:청색)

-   O.TT / TN- S / IT 접지계통 : 고장시 개방 (전체 극)

-    - 중성선과 상도체 단면적이 동일 또는 크거나/  중성선전류가 작으면:☞ 과전류검출기 또는 차단장치 불필요

-    - 중성선이 상도체보다 작은 경우

-    ☞ 과전류 검출기를  중성선에 설치하여  상도체를 차단 (중성선 불필요)

-    ☞  IT계통은 중성도체를  배선하지  말것을  권장

-(2) 고조파 전류 보호

-   O. 중성선도체에  고조파 전류의 크기가  허용전류를  초과 할것으로 예상되면 과전류 검출기를   설치

           - 과전류 발생시 상도체를 차단  (중성도체는 차단 불필요)

        라)  중성선의 과전류와 고주파 전류 보호 

☞ Ib는 선도체에 흐르는 설계전류이나  제3고조파가  높게 존재하는 경우 중성선에  흐르는 전류

참고: TN 접지계통의 고조파 영향 최소화

☞ 전자파 장해(EMI)차원에서 관리

   ○.   TN-C 접지계통 적용 ?

     - PEN 도체는 지락고장을 보호하고  불평형 전류의 통로 역할.

     - 정상운전중에  PEN도체에 흐르는 고조파 전류는  PEN도체의 임피던스로  인하여 PE도체를 따라 발생하는 전압강하(수V)가전기자기의오동작의 원인.            즉 민감한 기기 간 PE전위차가 문제됨.

     -중성선과 보호도체가 분리된 TN-S 접지를 채책

              (  배전망 전체의 전위가 균일 )

3.   노출환경에서의  외부영향

       1)  외부 영향 평가 …P133/134

       2)  외부 영향의 분류…P144

           O. 예) 등급의 분류의 예      

       3)  폐쇄형(외함)기기에 대한 보호…P144(3)

           O. I P(internationnal protection) CODE

1)    외부영향 평가 

          O.  인체의 안전을 보장하는 적절한 대책에 대한 평가

         O. 보호등급(IP),기계적내력(IK)등과 같은 기기의특성을 선택할때 외적영향 고려

          O .환경 조건은 적절한 기기선정과 인체안전을 위한 보호대책의 총괄적 변수

              - 기기 시방서에  따라 시험하는 조건에 만 효과적

              - 사용장소의  외부 영향에 의한 성능규정

              - 안전보호 필수적 수단으로 신뢰성 보증

              - 표시기호는 기기표시에는 사용하지 않음

              - 보호등급(IP)은 보호기기 외함의 등급에 따른 보호기준

  2) 외부 영향의 분류 (시험)…

        O.첫째문자 : 외적영향의 범위  … A : 환경  /  B :용도(사람) / C : 건물의구조

       O.둘째문자 : 외적영향의 특성  … A에서(A :주위온도 ) / B에서( A :지적수준)

                                                C에서 (A: 재료)

       O.숫자      : 외적영향의 등급  …      A에서[①은  -60℃~+5℃ / ⑧은 -50℃~+40℃) 

             /   B에서 [①은 일반인 / ⑤: 전문가]   C에서[①:불연성/ ②:가연성(목조건물)]

      - 주위온도(A):기기가 설치된 주위 공기의 온도이며 ,주위온도 범위는 상한과 하한

      - 사람의 능력(B):기술적 지식과 충분한 경험을 가져 전기적 위 험을 피할수 있는가?

         예) B에서(C: 대지전위): BC4(사람이 탱크등과 금속제에 접근되어 대지전위 접촉 용이

               즉 연속접촉)

      - 감전보호관련 : BA :자격/ BB :인체의 전기저항 / BC : 대지전위와 인체간의 접촉             

3) 폐쇄형 기기(외함)

에 대한 보호

               O. 예) 등급의분류 

             - 고체 이물질의 침입에 대한보호

              - 충전부분과 접촉으로부터 인체의 보호

                -  먼지 침입에 대한보호 

       O. I P ( International Protection)CODE … I P 6 8 C H ?

           - 제1특성숫자 :  0 에서 6까지 숫자 또는 문자(X:적용없음)

              : 기기 보호와 인체 보호로 구분

              ☞  I P 5…기기보호 : 방진형 / 인체보호 : 철사를 이용

             - 제2특성숫자 : 0 에서 8까지 숫자 또는 문자

           : 물 침입에 대한 보호

              ☞ I P X 8…잠수상태 / IPX 7 ..전기 면도기 충전기의 충족 조건

                - 부가 특성문자 및 보조문자

               ☞  부가문자  (A B C D )  : 사람보호의 부가사항   

               ☞  보조문자  (H M S W)  : 위험부문 보호기구에 대한 사항

             O. 예) 등급의 분류 

가.   환경 (A)

        o.AP4 [A는 환경.P는 지진=AP1:무시(가속도: 30Gal (cm/s2) / AP4:심한

정도(대)(가속도600)

             ☞ 지진의 강도가 AP2이상이면

                - 배전시스템을 건물구조체에고정

                - 비상전원등 주요기기에 서는 고정 배선사이의 접속부는 가요선을 고려하여야 함

        o.AQ3[Q는 뇌빈도 : AQ1:무시(25일/년이하) AQ2 = 간접뢰 및 25일/년이

상  AQ3=직접뢰]

              ☞ AQ2이상이면 과전압 보호 실시

                - Keraunic Level (IKL): 연간뇌우일수 (케로닉 지도에서 IKL:25이하와 같은 정의)

         o. AD8[D는 물의 존재: AD5: 분류(세차장) , AD6=파도(해안벽) , AD8=수

몰(수영장)

         o. AC2[C는표고  :   AC1=2000m이하 . AC2=2000m이상

     나. 사용 (B)

         o.BA5 [B는 사용(사람) . A는 능력: BA1=일반인(전기기기에 접근불가)  B

A5 = 숙련자(전문가)]

     다. 건축물의 구조(C)

         o. CA1[C는 건축물 . A는구성재료  : CA1=불연성 .CA2=가연성(목조건축

물)]

        o.CB[B는 건축물의 설계: CB2=화재의 파급(강제환기시스템). CB4=텐트,이

중천장(가요배선)]

3) 폐쇄형 기기(외함)에 대한 보호 …P144(3)

             - 고체 이물질의 침입에 대한보호

              - 충전부분과 접촉으로부터 인체의 보호

                -  먼지 침입에 대한보호 

       O. I P ( International Protection)CODE … I P 6 8 C H ?

           - 제1특성숫자 :  0 에서 6까지 숫자 또는 문자(X:적용없음)

              : 기기 보호와 인체 보호로 구분

              ☞  I P 5…기기보호 : 방진형 / 인체보호 : 철사를 이용

             - 제2특성숫자 : 0 에서 8까지 숫자 또는 문자

           : 물 침입에 대한 보호

              ☞ I P X 8…잠수상태 / IPX 7 ..전기 면도기 충전기의 충족 조건

                - 부가 특성문자 및 보조문자

               ☞  부가문자  (A B C D )  : 사람보호의 부가사항   

               ☞  보조문자  (H M S W)  : 위험부문 보호기구에 대한 사항 

O. 예) 등급의분류 

O.  I P 6 8 C H

                  - 제1특성숫자  [ 6 = 기기보호는  내진형/  사람보호는  철사이용에  보호 ]        

                  - 제2특성숫자  [ 8 = 기기보호는계 속적 침수 ]                  

                  - 부가특성문자 [ C = 사람이 공구 사용에 대한 부가보호  (예, C:공간거리  확보 등)]

                  - 보조문자      [ H =위험 부문에 대한 보충보호   (예, H : 고압용기기 등)]

            O.  I P X 0 (A D1)…물의 존재

            O. I P 0 X (AE1)…침입고형물의 존재

            O.    X : 해당없음

                   - I P  X X  S ? (S:물 시험중 정지)

4. 유지 및 보수성

1)  안전설비의 전원…P46

                - 자동전원 절환 시스템

                - U P S

1) 자동절환 스위치를 갖는 전원 배치

2) 무정전 전원장치 (UPS)

5.  감 전 보 호

               1)  인체의 전기임던스

               2)  제1종.제2종.제3종 접촉상태

               3) 허용접촉 전압 계산법

TT 접지계통

교류 접촉전압에 대한 최대 안전지속시간 (3종접촉)

U。(V)	50<U。≤120	120<U。≤230	230<U。≤400	U。초과
계통 : TN 또는 IT	0.8	0.4	0.2	0.1
계통 : TT	0.3	0.2	0.07	0.04

1. 인체의 전기 임피던스

     인체의 임피던스는 짧은 인자들에 의해 영향을 받는데, 특히 통전경로, 접촉전압, 전류의 지속시

   간, 주파수, 피부의 습기, 접촉면적, 접촉압력 및 온도 등에 따라 다를 수 있다. 인체는 교류전압에

   대해 저항(Resistance)과 용량성 리엑턴스(Capacitive reactance)로 구성되나 용량성 리엑턴스는

   저항에 비해 무시할 수 있는 수준이기 때문에 실제로는 인체를 저항성분으로 간주하는 것이 일반적

   임.

      1) 인체의 내부 임피던스

          인체의 내부 임피던스는 저항성분이며 저항의 크기는 통전경로의 영향이 크고 접촉면적도 영향을 미친다.

       2) 피부 임피던스

           인체의 피부 임피던스는 저항과 Capacitance로 구성된다. 피부의 전기적 구조는 반절연층  (저항 및 Capacitance 요소)과 작은 도전성 요소(땀구멍 등)의 병렬회호로 구성되고, 전류가 증가할 수록 임피던스는 낮아진다. 전압접촉 초기에는 피부가 충전되어 있지 않으므로 초기 (시정수 1ms 이하)의 인체 임피던스는 거의 인체의 내부저항으로만 구성된다고 볼 수 있음

  O. 제1종 접촉상태….(JEM-TR 142)

     - 욕조, 수영장 또는 사람이 들어갈 우려가 있는 수조, 연못, 논 등에 시

       설하는 전로임.   

     - 인체의 허용전류를 이탈한계전류 : 5[mA]

     - 인체저항은 피부가 현저하게 젖어 있어:500[Ω]

       * 허용접촉전압은 E=0.005X500=2.5[V]임 *

  O. 제2종 접촉상태

    - 욕조나 수영장의 주변, 터널공사현장등 습기나 물기가  존재하는 장소의 전로임.

    - 금속제의 구조물에 인체의 일부가 상시 접촉되어 잇는 경우에는 피부표면에 땀이 난 상태로 봄.

    - 제1종 접촉상태와 마찬가지로 인체저항을 500[Ω]

    - 인체의 허용통과전류(피가 엉김) : 50 [mA]

       *  허용접촉전압은 E=0.05X500=25[V]임 * 

   O. 제3종 접촉상태

  - 주택, 공장 사무실 등의 일반적인 장소.

  *피부가 젖어 있거나 땀이 있을 우려가 없으므로 인체의 저항은 ?

  - 허용 접촉전압을 50[V]라고 하면,   Freiberger곡선에 따른 인체저항의 하한치는 약 1,700[Ω]임.

    *이때의 인체통과전류는 50÷1700≃30[mA] *

  - 이 30[mA]의 값은 Koeppen곡선에 1.67의 안전율을 감안한 곡선의 하한치와 같으므로  50[V]까지의 접촉전압을 허용.

  - 일반적인 장소에서50~60[V]정도의 접촉전압을 허용하는 것은 유럽에서 오랫동안 사용함. 

2.허용접촉전압의 계산방법

(IEC 61936-

허용접촉전압은 고압 전력설비의 차단시간에 밀접하게 관계한다.

인체전류 경로에 의한 심장

전류요소의 선정(IEC 60479)

↓심장전류계수의 선정(IEC 60479)

↓허용인체전류의 결정

↓인체가 접촉할 포인트간의 전압치 계산←합계인체저항치의 결정

↓허용접촉전압치의 결정

상용주파수에서 인체저항치의

선정(IEC 60479)

↓맨손에서 접지간의 저항치 추가

↓맨발에서 접지까지의 저항치 추가

↓합계인체저항치의 결정