전력품질 저해요소⁕

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전력품질 저해요소

전원계통에서 나타나는 전원외란(Disturbance)의 종류와 특성에 대해 설명하시오.

대형 건축물에서 전력품질의 문제점과 대책에 대해 설명하시오

전력품질의 기준요소 및 영향을 설명하시오

플리커의 정의 및 경감대책에 대해 설명하시오

전력품질의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 장치를 제시하고 설명하시오

지능형 빌딩의 수변전 및 배전설비의 계통구성시 전기의 공급신뢰도와 품질을 높이기 위해 검토해야 할 사항을 설명하시오.

개요

전통적인 전력품질의 평가기준은

⦁규정전압 유지율: 110V±6V, 220V±13V, 380V±38V

⦁규정주파수 유지율: 60Hz±0.2Hz

⦁정전 시간: 고장정전, 작업정전으로 분리관리하며, 1호당 연간평균 정전시간으로 평가한다.

여기에, 최근에는 민감한 부하의 증가로 인해서 더욱더 고품질의 전력을 요구하고 있다. 전력품질 기준요소(저하현상, 전원외란)는 순시전압 강하(Sag), 순시전압 상승(Swell), 순시정전(Interruption), 플리커(Flicker), 고조파(Harmonics), 서지(Surge), 노이즈(Noise), 과도전압(Transient voltage), 불평형(Unbalance)이다.

전력품질의 기본 특성

[표] 전력품질 기준요소 (IEEE 1159)

전압품질

순시 전압강하(Sag)

(1) 정의/원인

① 대형 변동부하의 사용, 급격한 부하의 증가, 다른 계통의 고장, 대형 전동기의 기동 등으로 인하여 전압이 일시적으로 저하되는 것을 말한다.
② IEEE 1159(Instanteous)에서는 전력계통의 전압저하가 0.1~0.9pu를 0.5~30주기 동안 지속하는 것으로 규정한다.

(2) 영향

① 컴퓨터

30% 이하로 전압저하가 0.05초 이상 지속되면 데이터 손실과 CPU 오동작

② 가변속 인버터 전동기

15~20% 이하로 전압저하 0.01초 이상 지속되면 인버터 정지로 전동기의 운전이 정지된다.

③ HID 램프

20% 이하로 전압저하 0.05초 이상 지속되면 소등이 되며 재점등에 수분 소요

④ 모터에 사용되는 전자개폐기(M/C)

50% 이하로 전압저하가 0.01초 이상 지속되면 과도한 돌입전류 발생으로 전자접촉기의 떨림(Chattering) 및 개방으로 전동기 운전정지

⑤ 보호계전기 동작

30% 이하로 전압저하가 1초 이상 지속되면 저저압계전기(UVR) 등의 동작으로 차단기 동작으로 다수 부하의 정지

⑥ 조명설비

조도의 저하, 수명단축, 플리커 발생(백열전구, 형광등)

⑦ 릴레이(Relay)

30% 이하로 전압저하가 0.02초 이상 지속되면 각종 릴레이 오동작

(3) 대책

① 전력품질 안정화 장치: DVR, UPS, SVC, μ-SMES
② 초전도 저항형 한류기 채용
③ 3권선 변압기 채용
④ 전동기 기동방법 개선
⑤ 대용량 부하는 전용계통으로 공급
⑥ 선로의 리액턴스 저감
⑦ 단락용량의 증대, 기기의 내량증가(~50%저하)

순시 정전(Interruption)

(1) 정의/원인

① 전력계통에 낙뢰, 바람, 나무 등의 자연전인 원인에 의해서 순간 고장이 발생되는 경우에 Recloser와 같은 보호기기에 의해서 차단 후 일시 정전 후에 자동적으로 주어진 횟수만큼 재폐로하여 순간고장을 제거한다. 이때 고장을 제거하는 과정에서 순간 정전이 발생된다.
② IEEE 1159(Instanteous)에서는 전력계통의 전압저하가 0.1pu를 0.5~30주기 동안 지속하는 것으로 규정한다.

(2) 대책

① 재폐로 차단기의 재폐로 횟수를 제한
② UPS 및 비상 발전기 설치전원 공급설비의 이중화
③ 전원설비의 이중화 대책마련
④ 보호방식 및 협조방식에 있어서 고장파급 및 정전범위 최소화 대책강구
⑤ 설비의 예방보전(열화진단)을 통한 고장 가능성 최소화

순시 전압상승(Swell)

(1) 정의/원인

① 급격한 부하의 감소, 1선지락고장, 발전기의 자기여자, 페란티, 개폐기의 동작 등에 의해서 전압이 일시적으로 상승되는 것을 말한다.
② IEEE 1159(Instanteous)에서는 전력계통의 전압상승이 1.1~1.8pu를 0.5~30주기 동안 지속하는 것으로 규정한다.

(2) 대책

① 적절한 정격의 피뢰기, SA(Surge Absorber) 설치
② 기기의 절연내력 강화
③ 중성점 접지저항의 감소
④ 등전위 본딩실시

플리커(Flicker)

(1) 정의/원인

① 정의

플리커 현상은 주기적인 전압의 동요(증가와 감소)로 “조명, TV, 모니터 등의 밝기가 눈에 띄게 밝아졌다 어두워 졌다를 반복하는 현상”으로 이로 인해서 사람에게 불쾌감을 주는 전력품질 저하 현상이다.

② 발생

플리커는 아크로, 압연기 등과 같이 무효전력이 소비가 크고, 빈번하게 변동하는 부하, 부하전류의 크기가 연속적이고 빠르게 변하는 부하, 계통의 사고, 계통의 동요 등에 의해 나타나는 전압변동 현상이다.

(2) 영향

① TV와 조명의 깜박거림
② 컴퓨터와 정밀부하에 악영향
③ 인간의 눈의 민감도 증가로 피로 및 불쾌감

(3) 변동주기에 따른 구분

(4) 평가방법(일본)

깜박거림의 주파수는 전압변동의 주파수와 관련이 있으며, 깜박거림의 주파수가 10Hz(1초 10회)로 나타날 때, 시감도계수가 가장 높아 불쾌감을 크게 유발한다. 즉 깜박거림이 1초에 10회 주기로 깜박일 때 눈에 가장 잘 들어온다는 것이다.

※ ΔV10 : 전압플리커의 척도로 플리커 전압을 주파수로 분석하여 인간의 눈에 가장 떨림이 있다고 느껴지는 10[Hz]의 전압성분을 등가화 한 것이다.
예를들어, ΔV10=1[%]는 교류전압 100V로부터 99V까지의 사이클을 1초에 10회 정현파 모양으로 변하는 경우에 해당된다.

※ 플리커 측정의 예

→ 플리커는 기본파에 대해서 변동분에 대한 실효치의 비율로 나타낸다.

(5) 플리커의 기준

① 2.5% 초과시: 플리커 대책 강구
② 2~2.5% 이내: 조건부 송전
③ 2% 이하: 대책 필요없음

(6) 대책

① 계통측: 전용계통, 전용 변압기로 공급, 단락용량이 큰 계통에서 공급 등
② 부하측: 리액턴스 보상, 전압강하 보상[DVR, UPS, SMES, SVC] 등

전력품질 저해요소⁕