선내 추진시스템에 대한 전자파 강도기준 연구

2.1 직업인에 대한 국내 전자파 강도 기준

선박에 상주하고 있는 선원들에 대한 전자파 강도 기준은 일반인에 대한 기준 적용보다 직업인에 대한 기준을 적용하며 전파법 제 47 조의 2 제 1항의 규정에 의한 전자파 인체보호 기준의 자속밀도는 Table 1과 같다[4].

주파수(f)의 단위는 주파수 범위 란에 표시된 단위와 같다. 자속밀도는 실효치로 한다. 자속밀도는 자기장 강도에 자유공간의 투자율 (4π×10^-7)을 곱한 것이다. 100 kHz 이하의 주파수 대역에서 측정값은 시간평균을 취하지 않으며 최대값으로 한다. 100 kHz 이상 10 GHz 미만의 주파수 대역에서 측정 평균시간은 6분으로 한다[4].

Table 1:

Worker for intensity criterion of EMF

2.2 국외 전자파 강도 기준

국가별 전자파 규제 기준(50 Hz, 60 Hz)은 Table 2와 같고 단위는 밀리가우스이다.

Table 2:

Four country of Intensity criterion of EMF

스웨덴은 전자파 기준을 학교, 주택, 병원, 요양시설 등에 0.2 mG로 권고 하고 있으며 이는 어린이 및 전자파 취약 계층을 따로 분류 하여 적용하고 있다.

스위스는 일반인에 대한 노출 한도를 ICNIRP의 기준인 1000 mG를 적용하고 있고 신규로 건축한 건물에 있어(학교, 유치원, 병원, 침실)에 대한 경우에는 시설한계치 10 mG를 적용하고 있다.

이탈리아는 하루 4시간 이상 체류가 예상되는 건물에 따라 주의값 100 mG, 품질목표 30 mG를 적용하고 있다.

네덜란드는 학교 및 송전선로 신설 근처 주거지 등에 4 mG이상 초과 하지 않도록 충분한 이격거리를 둘 것을 권고 하고 있다[5].

2.3 측정기기 요건

• (1) 측정기기는 충분한 동작 범위와 주파수 대역을 가져야 하며, 전원선 및 연결 케이블은 적절히 차폐되고 외부 전자기장의 영향을 받지 않아야 한다.
• (2) 측정기기는 저주파수 대역 측정기기는 내장된 전원으로 동작해야 하며, 전원의 재충전이나 교체 없이 8시간 이상 연속동작 가능해야 한다.
• (3) 측정기기는 전기장과 자기장 성분의 실효값과 첨두값을 측정할 수 있어야 한다.
• (4) 측정기기의 교정 절차에 따라 적절히 교정되어야 하며, 교정 유효기간 이내의 것을 사용하여야 한다. 수신기는 주파수 선택적인 협대역 측정이 가능하여야 한다.

2.4 측정 프로브 요건

• (1) 측정 프로브는 저주파수대역의 경우 단축프로브의 단면적은 0.01 m²보다 작아야 하며 3축 프로브의 최대 크기는 0.2 m 보다 작아야한다.
• (2) 측정 프로브는 고주파수대역 프로브의 크기는 일반적으로 파장의 4분의 1보다 작거나 0.1 m 보다 작아야한다. 1 MHz 이하의 고주파수대역의 경우 자유공간조건에서 프로브의 최대 크기는 0.2 m 이하가 되어야 한다.
• (3) 측정 프로브는 편파에 상관없이 측정이 가능한 등방성 프로브이어야 한다.
• (4) 프로브 동작 영역의 최소값은 0.05 V/m 이하, 최대값이 100 V/m 이상이여야 한다.
• (5) 프로브의 등방성 특성은 ±2.5 dB 이내이어야야 한다.
• (6) 프로브의 고정용 지지대는 낮은 유전체 손실 탄젠트 (tanδ≤0.05)와 낮은 상태 유전율 (ϵ_r≤5.0)값을 가져야 한다.

2.5 측정 환경 요건

측정 결과는 온도나 습도 등의 환경적인 조건, 측정을 위한 장비구성, 측정자에 의한 간섭, 전원 선 및 연결 케이블에 의한 전자파유도 등과 같은 외부요인에 의해 영향을 받지 않아야 한다.

2.6 측정 장비

Figure 1은 전자파 강도 측정을 위한 측정 블록도를 보여주고 있다. 측정 장비 및 부대품은 현장에서 측정의 용이성 확보를 위해 휴대형 및 소형으로 구성하였으며 측정된 데이터는 신뢰성 확보를 위해 노트북에 내장된 프로그램을 통해 사용자의 임의적인 조작 없이 전산화된 서버로 전송하도록 구축하였다. 측정 장비는 Table 3과 같이 측정 장비와 측정 안테나로 구성되어 있다. 측정은 측정용 안테나와 케이블의 주파수별 손실값을 측정 프로그램에 내장되어있는 H-Field 분석기를 이용하여 전자파 측정 시 자동으로 보정되도록 설계 하였다.

Figure 1:

Measurement Method

Table 3:

EMF Test Equipments on the ship

2.7 측정 방법

기본 측정의 절차는 다음 각 세목의 순서를 따른다.

• (1) 측정기기의 적합 여부를 파악한다.
• (2) 측정환경을 확인하고 기록한다.
• (3) 측정시작지점을 선정한다. 단, 측정시작지점이 안전시설 내에 있는 경우 별도로 측정시작지점을 선정하지 않고 안전시설로부터 1 m 떨어진 지점을 측정지점으로 한다.
• (4) 프로브의 높이를 지면으로부터 1.5 m에 위치시킨다.
• (5) 측정기기를 Figure 2에 따라 배치하고, 프로브와 수신기를 1.0 m 이상 이격시킨다.
• (6) 수신기의 측정 주파수와 측정 대역폭은 측정대상 신호의 주파수 및 대역폭과 동일하게 조정한다.
• (7) 검파 모드는 실효값을 측정할 수 있게 조정한다.
• (8) 측정 경로 및 측정간격으로 접근하면서 측정 대상 무선국 주파수 범위 내의 전자파 강도를 측정한다.

측정된 결과 중 가장 높은 측정 지점에서 전자파 강도를 6분간 측정하여 평균값을 산출한다. 단 1분 이상 6분 미만으로 6분간의 평균값을 얻을 수 있는 경우 측정 시간을 단축할 수 있다. 측정된 값 중 최대값을 현 측정 지점에서 측정값으로 한다[4].

Figure 2:

Measurement Point and Place

3.1 차도선 측정결과

Narda EMF Test 장비인 EFA-300에서 측정된 결과값은 실선과 측정값으로 표현하고 있다. 실선은 전체적인 스펙트럼을 보여주고 있으며 측정은 가장 높은 측정지점에서 6분간 측정하여 최대값(Max)로 하였다. Figure 5, 6 과 7은 차도선에서 측정한 전원 주파수 60 Hz에서의 자기장 강도(A/m)를 보여주고 있다.

Figure 5:

Measurement result on Switch board

Figure 6:

Generator measurement results on the ship for passenger and cars

Figure 7:

Cable measurement results on the ship for passenger and cars

Figure 5는 차도선에서 배전반을 측정한 결과로서 전원주파수의 영향을 받아 피크지점 60 Hz 대역에서 1.3273 A/m이 측정 되었으며 Figure 6은 발전기에서 Figure 7은 전원케이블에서 각각 1.3481 A/m, 687.35 mA/m으로 측정되었다.

3.2 한바다호 측정결과

Figure 8은 측정 대상 한바다호의 엔진룸 설계도면에서 Test Point를 나타내고 Figure 9는 배전반의 전자파강도 측정과정을 보여주고 있다.

Figure 8:

Engine room test point in T.S. HANBADA on the part plan

Figure 9:

Measurement process of switch board

한바다호의 측정과정은 차도선의 측정방법과 동일한 과정으로 측정을 하였으며 Figure 10, 11, 과 12은 한바다 호에서 측정한 전원 주파수 60 Hz 대역에서의 자기장 강도(A/m)를 보여주고 있다. 한바다 호의 배전반에서 각 구역에 분배하는 전력량은 700 W이며 차도선의 배전반에서 각 구역에 분배하는 전력량은 400 W이다. 따라서 톤수 차이로 발전기에서 생산되는 전력차이와 배전반에서 각 구역에 분배되는 전력차이로 인해 전자파강도 측정값이 한바다 호가 차도선에서 측정한 측정값(1.32 A/m)에 비하여 약 7.2배 높은 9.69 A/m로 측정되었다. Figure 11 과 12에서 보는 바와 같이 전원 주파수 영향을 받아 피크지점 60 Hz 대역에서 각각 2.0029 A/m, 334.50 mA/m으로 자기장 강도(A/m)가 측정되었다. 측정값이 차도선에서의 측정 결과 보다 높게 측정되고 있으나 편차는 크지 않다.

Figure 10:

Measurement results on the T.S. HANBADA Switch board

Figure 11:

Measurement results on T.S. HANBADA generator

Figure 12:

Measurement results on T.S. HANBADA cable

3.3 측정값과 국내 기준 분석

Table 4는 한바다호, 차도선에서 측정한 결과를 국내 전자파 강도 기준과 비교 분석하였다. 측정치는 측정한 자기장 강도(A/m)에 자유공간의 투자율 (4π×10^-7)을 곱한 것이다[6]. 분석결과, 국내 전자파 인체보고 기준대비 낮은 결과를 보이지만, 국내 전자파 인체보호 기준은 단기노출량을 기준이므로 6시간 이상의 체류가 예상되는 선박의 추진체계에 대한 기준으로는 한계가 있다고 판단된다.

Table 4:

Comparisons of measured value with Korean standard

3.4 측정값과 국외기준(이탈리아) 분석

Table 5는 한바다 호, 차도선에서 측정한 결과를 이탈리아에서 적용하는 전자파 강도 기준과 비교 분석하였다. 이탈리아의 전자파 강도 기준은 주의값, 품질·목표값으로 분류하고 있으며 각각은 100 mG, 30 mG 값으로 전자파 인체노출량을 규제하고 있다. 이탈리아 기준은 하루에 4시간 이상 체류하고 있는 사람에 대하여 기준을 적용하고 있으며 이는 6시간 이상 상주하는 선박의 선원과 밀접하게 연관되어 있다. 분석결과, 주의값에 대한 비교 결과는 한국해양대학교 실습선 한바다 호의 배전반에서 기준치를 초과하고 있다. 품질·목표 역시 배전반에서 기준치를 초과하고 다른 장비에서는 초과하지 않았으나, 품질·목표 제한치(30 mG)와 근접함을 보여주고 있다.

Table 5:

Comparisons of measured value with Italian standard