전기추진함정의 전도성 EMI 저감을 위한 Drain wire의 적용 및 효과 분석

Abstract

최근 건조되고 있는 함정의 추진체계는 기존의 엔진 기반 기계식 추진체계 에서 전동기를 이용한 전기추진체계를 적용하는 추세로 변화하고 있다. 추진 전동기의 효율은 전 운전 영역에서 엔진에 비해 훨씬 높기 때문에 연료 소모량을 감소시킬 수 있으며, 함정의 특수성능 중 소음 및 진동 측면에서 유리하다. 한편, 전기 추진 체계 함정의 경우 추진력을 비롯한 함 내 전 전력 부하를 발전기에서 공급해야 하기 때문에 구축함의 경우 발전기의 전력용량이 수십 MW급으로 급증하게 되고, 고전압 고출력 장비의 운용에 따른 추가적인 보호 및 안전대책이 필요하다. 또한 대용량 전동기 및 전력변환장치를 탑재함에 따라 기계식 추진체계에서 발생하지 않았던 전동기의 Common mode 전압 및 누설전류에 의한 전자기 간섭(EMI) 현상이 발생하기 때문에 이에 대한 분석과 대책이 필요하다. 따라서 전기추진체계를 탑재하는 함정의 경우 설계단계부터 EMI에 대한 분석과 대책이 필수적이다. 최근에 건조된 전기추진함정의 경우 전동기와 그 구동 시스템에서 발생하는 전도성 EMI 저감을 위한 방안으로 PWM 인버터와 전동기간에 Drain wire가 적용된 전력 공급선을 사용하고 있다. Drain wire는 PWM 인버터와 추진 전동기 측의 접지를 공유하면서, PWM 인버터에서 발생하는 고주파 누설전류 성분이 공통 접지인 선체를 통해 흘러 나가는 것을 방지하기 위해 설치된다. 전도성 EMI 측면에서 Drain wire의 효과는 분명히 있지만, 이러한 효과에 대해 이론적으로 분석한 사례는 많지 않다. 본 논문에서는 PWM 인버터 구동 전기추진함정의 전도성 EMI 현상에 발생 원인 및 영향에 대한 설명을 하고, Drain wire가 적용된 전력 공급선의 효과를 실험을 통해 확인하고 실험 결과에 대하여 이론적으로 분석한다.