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전력 품질 문제가 공장에 미치는 영향, 문제 감지 방법 및 문제 해결 방법에 대한 기본적인 이해 

귀하의 공장에서 소비하는 전력의 품질이 적절하지 않은 경우에는 더 많은 비용을 소모하게 됩니다. 전력 품질이 불량한 경우 장비의 수명이 짧아지고,

자동화 장비에 오류가 발생하며 제거해야 하는 불필요한 열이 발생하게 됩니다. 아이러니하게도 이러한 문제의 대부분은 공장 내부에서 그 원인을 찾을 수 있습니다. 

전력 품질 문제의 다양한 측면 

가장 빈번하게 산업공장에 영향을 미치는 전력 문제에는 새그(순간전압강하) 및 스웰(순간전압상승) 고조파, 과도 현상, 전압 및 전류 불균형 등이 있습니다. 

이러한 문제를 해결하려면 전문 지식과 각 작업에 이상적으로 적합한 테스트 장비가 필요합니다. 시설의 정확한 단선 결선도 또한 필요합니다. 단선 결선도를 통해 교류 전원,

전원 부하 및 정격을 식별할 수 있습니다. 시설에 대한 전기 로드맵 없이는 전력 품질 문제를 조사하기란 거의 불가능에 가깝습니다. 

새그(순간전압강하) 

전기 전자 학회(IEEE)에 따르면 새그는 전압 크기가 최소 8밀리 초(60Hz에서 1.5주기)이상 1분 미만 동안 RMS의 10%에서 90%까지 감소하는 현상을 뜻합니다.

프로그램식 로직 컨트롤러(PLC), 로봇 및 가변 주파수 드라이브(VFD) 등의 산업 장비는 새그에 민감합니다. 50% 이상의 새그 이벤트는 주로 임시 돌입 전류 조건을 생성하는 대형 유동성 부하의 기동 등과 같은 전류 요구 사항이 동일한 건물 내에서 증가함으로써 발생합니다. 

그러나 새그는 외부 이벤트에 의해 발생하기도 합니다. 새그를 유발하는 대부분의 외부 이벤트는 자연 현상과 관련이 있습니다. 그러나 일부는 인간의 부주의한 행동이 그 원인이기도 합니다. 새그가 언제 발생할지를 예측하기가 어렵기 때문에 이를 감지하기란 쉽지 않습니다. 고품질 디지털 멀티미터 (DMM)의 MIN/MAX 기능을 사용하면 부하 통전 중 100밀리 초 이상 지속되는 최악의 단상 새그를 감지할 수 있습니다. 

고품질 전력 품질 분석기의 새그 및 순간 전압 상승 추세 기능을 사용하면 반복적으로 발생이 될 것으로 의심되는 새그를 감지할 수 있습니다. 장기간에 걸친 전력 품질 이벤트를 문서화해야 하는 경우, 이벤트 레코더를 사용하면 몇 주의 기간 동안 발생한 새그, 순간 전압 상승, 정전, 과도 전압 및 주파수 편차 등의 이벤트를 기록할 수 있습니다. 

새그를 유발하는 문제는 대부분 전기 공학 모범 사례를 통해 해결할 수 있습니다. 예를 들어 공급되는 부하 에 맞는 적절한 배선을 사용해야 합니다. 서브 패널까지의 피더 런 길이를 제한함으로써 전원 임피던스를 최소화해야 합니다. 서브패널을 다른 서브패널에 계단식 으로 연결하면 안됩니다. 가능하다면 패널의 부하를 감소시켜야 합니다. 

과부하는 고조파를 증가시킬 수 있으므로 변압기에 과부하가 발생하지 않도록 해야 합니다. 배선 및/또는 부하 문제를 먼저 해결 해야 합니다. 공장이 정상 작동 중이 라면, 전압 조정기 및 정전압 변압기 등과 같은 다른 새그 솔루션을 고려해 볼 수 있습니다.

고조파 

고조파는 기본 주파수가 배수로 증가된 상태를 뜻합니다. 이러한 고조파는 기본적인 전기 파형과 결합 되면 문제를 유발합니다. 고조파가 기본 전기파형과 혼합되면 사인파를 왜곡시킵니다. 

전체 전압 사인파보다 적은 전류를 전도하는 장치는 비선형 부하로서, 결과적으로 고조파를 발생시킵니다. 이러한 장치에는 전자식 안정기, 전자 테스트 장비, 스위치 모드 전원 공급 장치 등 정류 장치와 펄스 발생 장치를 사용하는 모든 종류의 장치가 포함됩니다. 시스템 임피던스를 통해 흐르는 고조파 전류는 고조파 전압 왜곡을 유발할 뿐만 아니라 새그도 발생 시킵니다. 

이러한 전압 왜곡에 의해 릴레이와 보호 장치에서 열 트리핑이 발생하고 PLC와 VFD에서 논리 오류가 발생한 사례가 있습니다. 전압 왜곡이 증가할수록 선형 부하는 고조파 전류를 유도하게 됩니다. 이러한 고조파 전류(특히 5 차 및 11차 고조파에서)는 모터 내에서 카운터 토크를 발생시키고 그 결과 보다 많은 전류가 유도되어 모터 효율이 떨어지고 열이 발생하며 모터 수명이 단축됩니다.

전력 품질분석기 또는 고조파 분석기를 사용하여 일반적인 커플링 지점에서 고조파를 측정합니다. 전압 고조파를 측정하기 위해 고품질 DMM 또는 전류 고조파를 측정하기 위해 고품질 클램프 미터를 사용하여 단순 측정을 할 수 있습니다. 그러나 왜곡된 파형을 정확하게 측정하려면 True-rms 테스트 도구가 필요하므로 DMM 및 클램프 미터는 반드시 True-rms이어야 합니다. 

과도 현상

과도 현상이란 일반 사인파를 초과 하는 전압의 순간적인 편위를 뜻합니다. 이러한 과도 현상의 크기는 공칭 시스템 전압의 5배에서 10배에 달합니다. 

과도 현상은 서지와는 다릅니다. 서지는 주로 번개로 인해 발생하는 고에너지 과도 현상 입니다. 과도 현상을 유발하는 이벤트는 대부분 공장 내에서 발생합니다. 

이러한 이벤트에는 콘덴서 전환, 전류 차단, 전력 전자기기 작동, 아크 용접, 접점 및 릴레이 폐쇄, 부하 기동 또는 분리 등이 포함됩니다. 과도 현상 전압이 전기 절연 정격 용량을 초과하는 경우, 응력에 의해 점진적으로 절연 파괴가 발생 하거나 급작스러운 고장이 발생할 수 있습니다. 과도 현상은 또한 반도체 소자의 성능을 저하시킵니다.

단일 고에너지 과도 현상에 의해 고체 상태의 접합부에 천공이 발생할 수 있으며 반복적으로 발생하는 저에너지 과도 현상의 경우에도 동일한 결과가 초래됩니다.

전압 불균형과 전류 불균형  

전압 불균형이란 3상 시스템에서 각 상 사이의 전압 차이를 측정한 것입니다. 전압 불균형은 3상 모터의 성능을 저하시키고 수명을 단축시킵니다. 모터 고정자 단자에서 전압 불균형이 발생하면 전압 불균형 크기의 6배에서 10배에 달하는 고전류 불균형이 유발됩니다. 전류 불균형으로 인해 토크 맥동, 진동 및 기계적 응력 증가, 손실 증가, 모터 과열등의 현상이 초래됩니다. 

고품질 DMM를 사용하여 기초적인 상간 전압 불균형 측정할 수 있으며 고품질 클램프 미터를 사용하여 상간 전류 불균형을 측정할 수 있습니다. 3상 전력 품질 분석기를 통해 불균형을 실시간으로 정확하게 측정하여 불균형 문제를 해결할 수 있습니다. 부하 균형 문제를 교정하려면 시스템 수준의 설계 변경이 필요하기 때문에 개방 회로 및 접지 단상 결함이 부하 균형보다는 바로 잡기가 용이합니다. 

결론 

전력 품질 문제는 종종 서로 밀접하게 연관되어 있습니다. 전력 품질 문제를 다룰 때에는 이러한 문제들이 개별 하중에 미치는 영향에도 주목하여 전 공장 수준의 접근법을 통해 해결해야 합니다. 종종 한가지 전력 품질 문제를 해결 했는데 그 결과 다른 문제가 더 심각해지기도 합니다. 3상 전력 품질 분석기를 사용하여 보다 큰시각에서 문제를 다루면 단순히 증상을 해결하는 것이 아니라 전력 품질 문제의 근본적인 원인을 수정할 수 있습니다.  

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