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지락 사고 및 플러그 분리 과전압 현상에 대응 가능한 직류 배전 시스템 설계
Design of Fault Tolerant and Pluggable DC Distribution System

DC Field Value Language
dc.contributor.advisor하정익-
dc.contributor.author김동언-
dc.date.accessioned2019-05-07T03:17:11Z-
dc.date.available2019-05-07T03:17:11Z-
dc.date.issued2019-02-
dc.identifier.other000000155415-
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10371/150776-
dc.description학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·정보공학부, 2019. 2. 하정익.-
dc.description.abstract지락 사고는 배전 시스템에서 발생할 수 있는 가장 흔하면서도 큰 위험성을 갖는 사고로, 지락 사고 발생 시 배전 시스템의 전압 저하 및 과전류 발생으로부터 기기를 보호해야 한다. 특히 직류 배전 시스템의 경우, 직류 링크 커패시터는 지락 사고 발생 시 과전류에 의한 폭발 사고의 위험성이 있다.
플러그 분리 과전압 현상은 기기를 물리적으로 배전 시스템에 연계하던 플러그 장치가 기기에 전력이 도통되던 도중 분리되었을 때, 회로가 개방되면서 배전선에 흐르던 전류가 도통되지 못하고, 이에 따라 플러그 말단 단자의 기생 커패시턴스와 배전선 인덕턴스 성분의 공진에 의해 플러그 말단에 과전압이 발생하는 현상이다. 심할 경우 플러그 말단에 스파크를 일으키는 등 플러그 접촉부의 구조적 손상을 유발할 수 있고, 연계점을 공유하거나 인근에 연계된 기기에도 영향을 줄 수 있다.
본 논문에서는 이러한 사고를 방지하기 위해 전원과 부하의 전력 도통 방향에 따른 사고 발생 과정을 분석하고, 이를 기반으로 직류 배전 시스템에 연계되는 기기를 보호하기 위한 방법을 제시하였다. 먼저 지락 사고로부터 기기를 보호하기 위해, 전류 제한 인덕터를 설치하여 과전류 발생 속도를 지연시키고, 능동 스위치와 다이오드로 구성된 스위칭 레그를 설치하여 과전류 감지 시 기기의 전류 도통을 차단하여 기기를 지락 사고로부터 보호하고, 하단 다이오드를 통해 전류를 도통시켜 라인의 에너지를 해소하였다. 그리고 플러그 분리 과전압을 최소화하기 위해 제너 다이오드를 전류 제한 인덕턴스의 앞 단에 설치하여 배전선에 잔존하는 전류를 해소하도록 하였다. 이 때 제너 다이오드가 부담하는 에너지 및 전류 해소 시간을 최소화하기 위해 제너 다이오드 양단의 전압을 센싱하여, 제너 다이오드가 항복 상태로 동작하는 것을 감지할 시 기기의 상단 스위치를 차단하는 알고리즘을 적용하였다. 이러한 해결 방안의 사고 대응 기능은 시뮬레이션과 실험을 통해 직류 배전 시스템을 모의하여 검증하였다.
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dc.description.abstractA fault is the most general, but hazardous accident that can be occurred in distribution systems, so the devices connected to the system should be protected. In case of DC distribution system, the devices should install DC link capacitor to stabilize its DC link voltage to the system voltage, but the capacitor is vulnerable to fault, since it can cause an overcurrent to the capacitor, occured sharp drop of system voltage, and the capacitor can explode.
On the other hand, plug overvoltage can be occurred when a plug installation which connects a device to the distribution system is abruptly separated during the device conducting a current. The current has no route to flow but the inductive energy is stored inside the line inductance, so the energy is forced to resonate with parasitic capacitance between the plug electrodes, and this causes plug overvoltage. In worst case, a spark can be occurred between the plug electrodes, which can damage the plug contact, and the other devices that shares or connected near the plugging point can be affected by the overvoltage at the plugging point.
In this paper, the actions of sources and loads connected to the system provoked by the accidents are analyzed by the cases of current flowing directions, and the structures of the components in the distribution system are rebuilt. First, in order to protect devices from fault, a switching leg consist of an active switch and a diode, and a current limiting inductance are installed in front of the DC link capacitor. The active switch at the upper side is turned off as an overcurrent is sensed, and the diode at the lower side flows the fault current in order to get rid of the energy stacked in line inductance. In case of plug overvoltage, a Zener diode is installed in front of filter inductance, the voltage across it is sensed, and the switching leg once again turns off to get rid of the energy stacked in line inductance in several to several tens of μs, and the overvoltage occurred between plug electrode is minimized. These functions against accidents are evaluated by simulations and experiments in the model DC distribution system.
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dc.description.tableofcontents초록 i
목차 iii
그림 목차 v
제 1 장 서론 1
제 1 절 연구의 배경 1
제 2 절 연구의 목적 5
제 3 절 논문의 구성 6
제 2 장 지락 사고 및 플러그 분리 과전압 현상의 분석 7
제 1 절 지락 사고 분석 7
1. 전력 공급 모드 7
2. 전력 수급 모드 10
제 2 절 플러그 아크 현상 13
제 3 장 지락 사고 및 플러그 분리 과전압 현상 대응 방안 19
제 1 절 기기 보호 회로 설계 19
1. 스위칭 레그 20
2. 전류 제한 인덕터 21
3. 제너 다이오드 21
제 2 절 지락 사고 대응 메커니즘 23
1. 전력 공급 모드 23
2. 전력 수급 모드 27
제 3 절 플러그 분리 과전압 대응 메커니즘 30
1. 전력 공급 모드 31
2. 전력 수급 모드 39
제 4 장 실험 결과 및 고찰 43
제 1 절 실험 세트 설계 43
제 2 절 실험 결과 47
1. 지락 사고 대응 실험 47
2. 플러그 분리 과전압 대응 실험 50
제 5 장 결론 및 향후 연구 54
제 1 절 결론 54
제 2 절 향후 연구 55

참고문헌 56
Abstract 59
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dc.language.isokor-
dc.publisher서울대학교 대학원-
dc.subject.ddc621.3-
dc.title지락 사고 및 플러그 분리 과전압 현상에 대응 가능한 직류 배전 시스템 설계-
dc.title.alternativeDesign of Fault Tolerant and Pluggable DC Distribution System-
dc.typeThesis-
dc.typeDissertation-
dc.description.degreeMaster-
dc.contributor.affiliation공과대학 전기·정보공학부-
dc.date.awarded2019-02-
dc.identifier.uciI804:11032-000000155415-
dc.identifier.holdings000000000026▲000000000039▲000000155415▲-
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