노이즈 Noise 일반사항

Noise 일반사항

가. 개요

모든기기에 전류가 급격히 변화하면 이에 따른 전자노이즈가 발생하게 되며, 재래식 조명기기의 경우에는 주로 기동시 과도현상에 의한 장해였으나 최근의 전자식 기기는 반도체 스위칭 소자를 사용하여 고주파를 이용하게 된다.
그러나 이러한 종류의 전원은 많은 장점을 가지지만 동작하는 동안 중대한 전자노이즈의 발생원인이 되고 또한 노이즈의 전자적인 작용은 전자적인 환경과 밀접한 관계를 가진다.
노이즈란 전자파 장해(EMI : Electromagnetic Interference)라고 하며, 희망하는 수신신호에 간섭을 일으켜 손상을 주는 현상이다

1) 전자환경성(EMC : )의 개요

전력기기나 전자통신장비는 그 접속되는 전력선이나 신호선에서의 전도 그리고 공간을 통하는 전자방사에 의하여 상호 방해나 간섭을 받을 가능성이 있다. 이와같은 문제를 전자환경성이라 한다. 전자환경은 여러 가지 복잡한 요소로 구성되며, 다음과 같다.

① 장치의 설치장소

- 쉴드 또는 접지 조건
- 인접기기의 종류, 이격거리 등

② 전원계통에 관계되는 환경

- 전원의 종별, 전압의 등급
- 접지점에서 본 내부 임피던스

③ 장치에의 신호선로

- 신호선로의 종별, 부설 상황, 필터의 유무 등

나. 노이즈의 발생

1. 전원부의 노이즈

1-1. 분포용량 리액턴스에 의한 영향

전원용 변압기에 어떤 부하를 접속하여 사용할 경우 대부분의 경우 변압기 2차측에는 2종접지공사가 시행되어 있으므로 변압기의 2차측은 대지와 전기적으로 직접 결합되어 있으며, 기기측에서는 기기의 권선과 대지간에 존재하는 수 백㎊의 정전용량(분포용량 리액턴스)에 의해 대지와 전기적으로 결합되어 있다.

정전용량에 의한 리액턴스 Xc = 1÷2πfC (Ω)

f : 전원의 주파수(㎐)
C : 기기의 권선과 대지간의 정전용량(F)
따라서 주파수가 수십(K㎐) 이상의 노이즈에 대해서는 전원주파수의 경우보다 수천분의 일 이하로 줄어들 게 되므로 이를 무시할 수 없게 되어 기기와 대지간의 분포용량 리액턴스에 의해 노이즈에 대한 폐회로가 구성되며 그 분포용량은 노이즈의 통로가 된다.

다. 노이즈의 성분


동상성분		차동성분

1. 차동성분

전원선 간에 실리는 노이즈로 Normal Mode라고 한다.

2. 동상성분

전원선과 접지점 간에 걸리는 노이즈로 Common Mode라고 한다.

라. 노이즈의 장해현상

1. 유도장해

전기설비는 주변환경으로부터 전압,전류의 왜곡 전계,자계 등 전자기 현상으로 방해 또는 전자왜란을 받게 된다.
이러한 장해는 전원선이나 통신선을 통해 침입하는 전도적 장해와 전자파의 형태로 장해를 주는 방사적 장해로 구분한다.

정전유도 : 전력선의 전압에 기인한다. 특히 고전압일수록 그영향이 커진다.
(전력선과 통신선의 상호 커패시턴스에서 기인)
전자유도 : 전력선의 전류에 기인한다.특히, 지락시
(상호 인덕턴스에서 기인)

1-2. 전도적 장해

구분		내용
전 원 선	전압 변동	부하 운전상태의 변화에 의해 수전점의 전압이 변화하는 것으로서, 전원 주파수에 대해 변동주파수가 낮으면 영향이 적으나 10㎐ 정도이면 조명,TV등에는 떨림 현상이 생긴다.
	순시 전압 강하	낙뢰,단락,재폐로동작 등에 의해 크게 전압이 저하하는 현상. 전자장치의 전원회로에 영향을 주며, 특히 컴퓨터 등에 대책을 요한다.
	고조파	전력변환 부하장치 등 비선형부하에서 발생되는 고조파전류에 의해 계통의 공진 등 전압왜곡을 일으킨다. 공진을 일으키기 쉬운 병렬콘덴서와 역상전류를 일으키는 유도기기에서는 특히 주의를 요한다.
	과도 현상	개폐서지등 모든 전기기기에서 발생하는 과도현상에 대한 영향은 설비의 접지상태에 따라 달라진다. 전자화된 전력기기의 영향을 미치며, 서지업서버 등으로 보호하고 있다
통 신 선	순시 정전	계통 전환조작 등으로 인한 전압의 순시저하현상. 전자기기와 방전등 등에 영향을 미친다.
	유도뢰 서지	장거리선로의 경우 유도뢰에 의한 서지전압이 통신선에 침입한다. 통신선과 전원선이 공동접지되지 아니한 경우에는 피뢰기의 동작에 의해 기기내부에 이상전압이 발생할 가능성이 있다.
	유도전압	교류전원선과 통신선이 전자기적으로 결합되어 있는 경우에 교류전류에 의해 통신선에 유도전압이 나타나며, 크기는 주파수에 따라 달라진다.
	타 기기의 잡음	통신기기가 다른 기기와 직접 접속되어 있는 경우 다른 기기의 동작에 따라 다른기기의 신호가 잡음으로 되는 경우가 있다.

1-2. 방사적 장해

전자방사로 인한 설비에의 영향을 말하며, 방사전자파는 전자회로나 기기의 내부부품과 쇄교하여 전압 또는 전류를 유도하고 전기설비의 동작에 방해를 준다.

구분	내용
외부방송의 전자방사	주파수의 영역과 강도가 일정하나, 최근의 이동통신과 트랜시버 등은 그 사용상태에 의해 상당히 큰 방해를 발생한다.
타 기기의 전자방사	전자기기의 동작으로 인한 전자방사를 말하며 특히 고주파기기의 경우 동일설비 내에서 기기간에 상호방해가 발생되고 있다.
정전기에 의한 방전	정전기의 방전시 발생되는 방사성 전계를 말하며, 전자기기에 영향을 초래한다.
과도현상에 의한 방사	모든 전기기기의 동작시 발생되며, 전자기기에 영향을 초래한다.
방전에 따른 전자방사	용접기 등 방전을 이용한 장치를 사용할 때의 방사성 장해를 말하며, 전기설비에 영향을 초래한다.

마. 전원의 노이즈 대책

구분

내용

수전
설비

피뢰기

피뢰기를 설치하여 낙뢰,지락,단락,스위치의 개폐 등에 의해 발생하는 피크값이 큰 전원 노이즈를 제한한다.

차단기

개폐서지가 적은 것으로 선정.
서지 업서버 설치.

비상
전원
설비

자가
발전기

동일 출력에서 과도리액턴스가 적고 단시간 과전류 내력 및 허용역상전류가 큰 것을 사용한다.

UPS

CVCF기능이 있고 출력의 고조파성분이 적은 것을 사용하고, 가급적 부하의 중심에 설치한다.

전력용
변압기

정보기기 전원용 변압기를 별도로 설치한다.
용량을 여유있게 선정한다.

정보기기
전원용 간선

별도회로로 구성한다.
굵기는 여유있게 선정.
케이블의 경우 가급적 다심케이블을 사용한다.
부스덕트의 경우 저 임피던스형으로 한다.
차폐(금속관로로 배선하고 접지) 및 접지.
다른 전선과 충분히 이격한다.

고조파
발생기기

방전등용 안정기는 고주파 발생율이 적은 것을 사용.

고조파 발생율이 큰 부하는 별도의 간선으로 분리.

일반적인 고조파 기기의 고조파 발생율은 35% 이하로 되어 있다.

유도전동기

기동계급이 높고 (기동전류가 적다) 역율과 효율이 좋은 것을 사용한다.
유도전동기의 계급(KSC 4205) 참고

기동보상기를 사용하여 기동전류를 억제한다.

정보기기
전원용
분기회로

시그날 선에 Twist pair선을 사용 한다.

Common Mode Choke(막대 모양이나 고리모양의 철심에 전원의 왕복 2선을 충분히 절연하여 동일방향 동일권수로 감은 것)를 설치하여 왕복전류에 의해 생기는 자속을 서로 상쇄 시킨다.

노이즈 컷 트랜스를 설치하여 변압기의 상호 임피던스 및 권선간의 분포용량에 의한 정전유도 효과 방지.

필터를 설치하여 노이즈를 흡수하여 제거한다.

과전압 보호소자의 설치
시그날 선 : 직렬소자 사용
(Inductor, 저항기(수십Ω), Posistor)
전원회로 : 병렬소자 또는 직,병렬소자 사용
(Varistor, Zenner Diode, Arrester, Trasob Sp Diode)

차폐시킨다.

바. 유도전압 경감대책

상호인덕턴스를 감소시킨다
송전선과 통신선 간격을 이격하고, 송전선과 통신선과의 교차를 가급적 직각으로 한다.
차폐계수를 감소시킨다
- 통신케이블에 강대 외장케이블을 사용
- 통신 케이블을 금속관에 넣는다.
- 통신 케이블에 알루미늄피 유도 차폐케이블 사용
- 차폐선을 시설한다.
회선의 대지에 대한 임피던스를 높여 평형도를 개선한다
- 억압선륜을 삽입.
차폐선과 통신선간 상호임피던스를 증대시켜 전자차폐효과를 증가시킨다.
가공지선의 저항을 감소시킨다
- 도전성이 좋은 가공지선을 사용
- 가공지선을 굵은 것이나 2조로 한다.
통신선에 적절한 피뢰기를 설치한다

사. 전자유도장해의 방지대책

1. 근본대책

유도전류를 줄인다
송전선과 통신선간 상호 인덕턴스를 줄인다.
양 선로의 평행길이를 줄인다.
유도장해를 받게 되는 시간을 줄인다

2. 전력선측 대책

이격시킨다(가능한 통신선로에서 멀리 떨어지게 한다)
비 접지화 - 중성점을 저항 접지시 저항 값을 가능한 한 크게 한다.
고장지속시간의 억제 - 고속도 지락 차단 보호한다.
차폐선을 가설한다(송전선과 통신선사이를 차폐한다)

3. 통신선로측 대책

통신선의 도중에 중계코일(절연변압기)를 넣어서 구간을 분할한다.
연피 통신케이블을 사용한다.
통신선에 우수한 피뢰기를 설치한다.
배류코일, 중화코일 등으로 통신선을 접지해서 저주파수의 유도전류를 대지로 흘리도록 한다.