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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이복희
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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요 약
뇌방전 발생의 예측을 위해서는 대기전계의 산정이 매우 중요하다. 본 논문은 뇌운에 의해 형성된 대기전계를 모의하는 평등전계 중에 놓인 침상 전극에서 발생하는 직류 코로나방전에 관한 데이터에 대하여 검토하였으며, 주안점은 대기전계 중에서 발생한 코로나방전의 검출감도 향상과 극성효과 분석이다.
대기전계 중에서 침상 전극 끝단에서 발생하는 코로나방전전류의 검출을 모사하기 위해서 침상 전극을 갖는 평판-평판 전극계, 고전압 직류전원, 전압과 전류의 계측기기로 구성된 실험장치를 제작하였다. 평판전극과 절연된 부유전극으로 작용하는 침상 전극은 하부 평판전극의 중앙에 배치하였으며, 검출용 저항 또는 RC적분기를 통하여 접지하였다. 상부 평판전극은 정극성 또는 부극성 직류 고전압 전원에 접속되며, 하부 평판 전극은 접지하였다. 검출저항과 RC적분기를 이용하여 입력전계의 세기에 따른 코로나방전전류의 응답특성을 관측하였으며, 침상 전극에 상용주파수 교류 전압과 3[kHz]에서 9[kHz]까지 주파수 범위의 정현파 전압을 가하였을 때 코로나방전 파라미터를 측정하였다. 그 결과, 코로나방전전류펄스의 극성효과가 매우 현저하였으며, 부극성에서 코로나방전전류펄스 사이의 시간간격은 정극성의 시간간격 보다 훨씬 길게 나타났다. 정극성과 부극성 모두 코로나방전전류펄스 사이의 시간간격은 입력하는 전계의 세기가 증가할수록 급격히 감소하였다. 또한 정극성 코로나방전전류펄스의 크기는 입력한 전계의 세기가 증가할 때 약간 변동하였으나 부극성 코로나방전전류펄스의 크기는 입력하는 전계의 세기에 선형적으로 증가하였다.
코로나방전전류 응답은 RC적분기의 시정수에 밀접한 관련성이 있으며, RC적분기의 저항이 클 때 코로나방전전류의 검출신호는 증가하였지만 검출할 수 있는 전계의 세기는 낮아졌다. 정극성에 대한 코로나방전전류를 검출하는 RC적분기의 감도는 부극성과 다르게 나타났다. 정극성과 부극성의 전계에 대한 100[㏀]과 0.1[F]인 적분기의 최소 검출감도는 각각 32.5[㎸/m], -24.5[㎸/m]이었다. 침상 전극에 상용주파수 교류 전압과 고주파수 전압을 가하여 대기전계에 대한 코로나검출감도의 향상에 주안점을 두고 수행한 실험결과, 침상 전극에 가하는 전압의 주파수와 크기가 증가할수록 검출되는 전계의 세기는 낮아졌다. 침상 전극에 9[kHz], 3.5[kV]의 정현파 전압을 가하였을 때 정극성과 부극성의 전계에 대한 100[㏀]과 0.1[F]인 적분기의 최소 검출전계의 세기는 각각 5.03[㎸/m], -10.04[㎸/m]이었다.
본 논문에서 제안된 침상 전극의 끝단에서 발생하는 코로나방전신호를 검출하는 기법은 뇌운의 검출에 비용이 저렴하고 구조가 간단하기 때문에 뇌운에 의해 형성되는 대기전계의 산정에 적합할 것으로 판단된다. 또한 코로나방전전류를 기반으로 하는 뇌운을 검출하는 기법은 종전에 사용된 기법에 비하여 간단하므로 실제의 낙뢰경보시스템에 적용할 수 있다.
뇌방전 발생의 예측을 위해서는 대기전계의 산정이 매우 중요하다. 본 논문은 뇌운에 의해 형성된 대기전계를 모의하는 평등전계 중에 놓인 침상 전극에서 발생하는 직류 코로나방전에 관한 데이터에 대하여 검토하였으며, 주안점은 대기전계 중에서 발생한 코로나방전의 검출감도 향상과 극성효과 분석이다.
대기전계 중에서 침상 전극 끝단에서 발생하는 코로나방전전류의 검출을 모사하기 위해서 침상 전극을 갖는 평판-평판 전극계, 고전압 직류전원, 전압과 전류의 계측기기로 구성된 실험장치를 제작하였다. 평판전극과 절연된 부유전극으로 작용하는 침상 전극은 하부 평판전극의 중앙에 배치하였으며, 검출용 저항 또는 RC적분기를 통하여 접지하였다. 상부 평판전극은 정극성 또는 부극성 직류 고전압 전원에 접속되며, 하부 평판 전극은 접지하였다. 검출저항과 RC적분기를 이용하여 입력전계의 세기에 따른 코로나방전전류의 응답특성을 관측하였으며, 침상 전극에 상용주파수 교류 전압과 3[kHz]에서 9[kHz]까지 주파수 범위의 정현파 전압을 가하였을 때 코로나방전 파라미터를 측정하였다. 그 결과, 코로나방전전류펄스의 극성효과가 매우 현저하였으며, 부극성에서 코로나방전전류펄스 사이의 시간간격은 정극성의 시간간격 보다 훨씬 길게 나타났다. 정극성과 부극성 모두 코로나방전전류펄스 사이의 시간간격은 입력하는 전계의 세기가 증가할수록 급격히 감소하였다. 또한 정극성 코로나방전전류펄스의 크기는 입력한 전계의 세기가 증가할 때 약간 변동하였으나 부극성 코로나방전전류펄스의 크기는 입력하는 전계의 세기에 선형적으로 증가하였다.
코로나방전전류 응답은 RC적분기의 시정수에 밀접한 관련성이 있으며, RC적분기의 저항이 클 때 코로나방전전류의 검출신호는 증가하였지만 검출할 수 있는 전계의 세기는 낮아졌다. 정극성에 대한 코로나방전전류를 검출하는 RC적분기의 감도는 부극성과 다르게 나타났다. 정극성과 부극성의 전계에 대한 100[㏀]과 0.1[F]인 적분기의 최소 검출감도는 각각 32.5[㎸/m], -24.5[㎸/m]이었다. 침상 전극에 상용주파수 교류 전압과 고주파수 전압을 가하여 대기전계에 대한 코로나검출감도의 향상에 주안점을 두고 수행한 실험결과, 침상 전극에 가하는 전압의 주파수와 크기가 증가할수록 검출되는 전계의 세기는 낮아졌다. 침상 전극에 9[kHz], 3.5[kV]의 정현파 전압을 가하였을 때 정극성과 부극성의 전계에 대한 100[㏀]과 0.1[F]인 적분기의 최소 검출전계의 세기는 각각 5.03[㎸/m], -10.04[㎸/m]이었다.
본 논문에서 제안된 침상 전극의 끝단에서 발생하는 코로나방전신호를 검출하는 기법은 뇌운의 검출에 비용이 저렴하고 구조가 간단하기 때문에 뇌운에 의해 형성되는 대기전계의 산정에 적합할 것으로 판단된다. 또한 코로나방전전류를 기반으로 하는 뇌운을 검출하는 기법은 종전에 사용된 기법에 비하여 간단하므로 실제의 낙뢰경보시스템에 적용할 수 있다.
목차
<목 차>요 약 ⅰABSTRACT ⅲ목 차 ⅵ그 림 목 차 ⅷ표 목 차 ?제 1 장 서 론 11.1 연구의 배경 및 필요성 11.2 연구의 목적 51.3 연구의 내용 및 범위 6제 2 장 뇌방전 및 코로나방전전류의 검출원리 82.1 뇌운과 뇌방전 82.1.1 구름의 분류 82.1.2 뇌운의 생성과 구조 102.1.3 뇌운에 의한 전계 162.1.4 뇌방전의 종류 222.2 코로나방전전류의 검출 252.2.1 코로나방전 252.2.2 뇌운에 의해 발생하는 대기전계의 산정원리 302.2.3 침상 코로나방전전류의 검출에 의한 대기전계의 산정 32제 3 장 실험장치 및 방법 353.1 뇌운에 의해 대기 중에서 발생하는 코로나방전을 모의하는 실험장치 353.2 실험방법 44제 4 장 결과 및 고찰 464.1 코로나방전 특성 464.1.1 평등전계의 세기에 따른 코로나방전전류펄스의 파형 464.1.2 코로나방전전류펄스의 전계 의존성 524.1.3 코로나방전전류펄스의 크기와 시간간격의 분포 604.2 코로나방전 전하량의 검출 특성 664.2.1 평균 코로나방전전류 664.2.2 RC적분기의 시정수에 따른 코로나방전전류의 응답특성 734.3 침단에 전압이 가해진 경우 코로나방전전류의 검출특성 824.3.1 상용주파수 교류 전압이 가해진 침단에서 코로나방전전류의검출특성 824.3.2 고주파 정현파 전압이 가해진 침단에서 코로나방전전류의검출특성 884.3.3 평판 전극간 거리에 따른 코로나방전전류의 검출특성 101제 5 장 결 론 105참 고 문 헌 107연구논문 발표실적 116
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