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  제  목 : 1.1_2013. 10월 _산업 공장에서의 합리적 순간정전방지 및 순간전압강하 대책기술
  글쓴이 : 관리자      등록일 : 2012-07-18 17:43     조회 : 11467    
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   최적의 순간정전 및 순간전압강하 대책 기준과 기술.pdf (7.9M), Down : 26, 2013-10-01 08:23:25
 

산업 공장에서의 합리적 순간정전방지 대책기술

재신정보 한 정규 대표

1. 서 론

고압이상 산업공장에서 순간정전 또는 순간전압강하로 인해 많은 어려움과 경제적 피해를 입고 있을 뿐만 아니라 전기품질의 정의 혼란으로 인한 대책의 부적절 및 정확한 현상을 이해하지 않은체 습관적 아니면 선행 조치를 무조건 따라하는 방식으로 대처를 해오고 있는 것이 사실이다.

본 고에서는 산업현장의 전기품질이 정확하게 어떠한 형태로 발생하고 있는지를 정확하게 인지하고 경제적이면서 정확하고, 신뢰성있는 대책을 세움으로써 산업현장의 생산성을 획기적으로 증대시키고자 제안한다.

 

2. 순간정전의 발생 조건

   . 선로 단락 (Short)시에 선로전압이 0볼트가 되면서 순간정전( 새그의 비율이 0% ~ 20% IEC61000-4-11에서 정의함)이 발생되며, 이 때는 해당 배전반 스위치가 트립이 되어 해당 사고 구역은 정전이 되면서 타 구간은 순간전압강하가 생긴다.

[ 그림 1 참조 ]

 

 

 

 [ 그림 1 ]


 

 

   . 선로 개방 (Open)시에 선로 전단은 100% 전압이 되지만 선로 후단은 0볼트가 되면서 순간정전이 발생하게 되며, 이런 현상은 한전간 선로의 자동재폐로 스위치에 의한 경우( [그림 3참조])와 장비 전원스위치로 범용하고 있는 전자접촉기 (Magnet Contactor, M/C)의 채터링에 의해서 발생한다. 이때 새그 발생은 국제기준 (IEC61000-4-11, 4-34에서 정의)을 준수하는 새그발생기로 시험하여야 채터링 현상을 재현할 수 있으니 주의하여야 한다. [ 그림 2-1,2-2 참조 ]

 

 

 

[ 그림 2-1 ] : M/C 50% 12싸이클 새그 발생

 

 

[ 그림 2-2 ] : M/C 채터링에 의한 돌입전류 발생


 

3. 산업공장에서 일어나는 주요 현상들.

  . 한국전력으로부터 수전받는 선로에서 일어나는 순간정전 현상

      한전으로부터 고압으로 수전받는 변전소에서는 고압 스위치가 한국전력과의 전력계통을 보호하기 위해서 반드시 계통보호 계전기를 사용하도록 되어 있다. 수전받는 전원측에 선로 단락 또는 선로 지락이 생길 경우에는 보호계전기가 순시 트립 (0.05~0.09초간 순시정전)을 하여 선로를 강제적으로 개방한 후에 다시 투입하는 과정을 거치게 되어 있다. 만약 이 때 한전과 공장간에 1개의 선로로만 운영한다고 하면 이 공장은 바로 정전이 된다. 선로 스위치의 순시정전으로 인해서 공장이 정전이 되는 이유는 순시정전 후 복귀시 엄청난 돌입전류로 인해서 공장 내부 전력설비와 생산장비를 보호하기 위해서 수배전반 스위치가 트립이 되어 공장이 완전 정전이 될 수밖에 없다. 현재까지 수전선로에서 재폐로가 일어난 선로에서 정전이 되지 않은 공장은 하나도 없었다. [ 그림 3 참조 ]

  

[ 그림 3 ]

    이러한 순시정전을 막는 방법은 대형 UPS를 이용하여 수십 초에서 수분간 전기를 공급하다가 비상발전기를 기동시켜서 공장에 전기를 공급하는 방법 밖에 다른 방법을 사용할 수가 없다. 또 다른 방법은 한전과 공장간에 선로를 추가로 설치하여 다른 변전소로부터 전기를 끌어오게 되면 1개 선로의 문제로 순시정전이 되더라도 다른 선로로부터 전기를 공급받기 때문에 공장 정전이 될 확률이 거의 없고 다만 순간전압강하만이 생기게 된다. 이 두가지 대책 모두 큰 비용이 발생하게 된다는 단점이 있다.

 

  . 공장 생산설비에서 일어나는 순간정전 현상

      상기 “3-가”항에서 본 바와 같이 공장 내부에서 발생하는 순간정전은 장비전원 스위치로 범용적으로 사용하고 있는 전자접촉기 (M/C) -30% 수십msec 부근의 순간전압강하가 발생하면 채터링이 발생하면서 장비에는 원하지 않는 순간정전이 발생하게 된다. 이러한 일이 발생되면 장비단에 돌입전류가 발생되면서 예민한 전자 제어 기판이 소손을 당하면서 장비가 멈추든지, 아니면 장비가 자동으로 재기동하는 일들이 발생하게 된다. 만약 장비가 다운되지 않더라도 수배에서 수십배에 달하는 돌입전류로 인해서 장비의 수명을 단축하게 되어 설비 보전적인 측면에서도 많은 손해를 보게 될 것이다. [그림 2-2 참조]

  . 상기 순간정전 발생 조건 외는 산업 공장에서는 모두 정전 또는 순간전압강하 현상만 발생하게 된다.

 

4. 올바른 순간정전 방지 대책 방향

  . 선로 개방 또는 선로 단락에 의한 순간정전 대책은 산업공장에서는 막대한 비용을 수반하게 되어 비경제적이지만 만약 고비용을 투자하여 순간정전을 막는다고 해도 그 활용 가치는 정전 방지 대책을 세우지 않는 한 크지 않으며, 투자 대비 효용성이 현저히 떨어지게 된다고 본다.

  . 장비단의 M/C의 채터링(접점 떨림현상)에 의한 순간정전은 중대한 문제이기 때문에 반드시 방지해야만 하는 대상이고 이를 방지하기 위한 투자비용은 매우 저렴하지만 그 효과는 엄청나게 크다고 볼 수 있다. M/C에 의한 순간정전을 막고 난 후에 장비단에 순간전압강하 대책을 세우게 된다면 장비단에 바로 순간정전 대책을 세우지 않아도 되기 때문에 그 투자 비용 대비 경제적 효과는 엄청나게 클 수 있을 것이다. 따라서 M/C에 대한 순간정전 방지 대책에 대해서 자세하게 설명을 하고자 한다.

5. M/C에 대한 순간정전 방지 대책 방법

  . M/C 70% (-30%를 의미) 수십msec 기간 부근의 Sag 가 발생하게 되면 대부분의 M/C은 채터링이 일어나게 되며, 그 이하로 Sag가 발생하게 되면 M/C가 트립이 되면서 장비가 다운되게 된다. 이러한 새그, 순간전압강하가 발생했을 경우에 M/C가 채터링이 일어나지 않도록 하는 것이 가장 중요한 대책이 되어야 하고, 30% 이하의 큰 새그(거의 순간정전 상태)가 발생하면 돌입전류의 크기가 엄청나기 때문에 장비 보호를 위해서 M/C가 트립이 되도록 허용하는 것이 더욱 좋을 것이다. 만약 순간정전 시에도 M/C을 떨어지지 않도록 한다면, 순간정전 후 유입되는 돌입전류를 모두 장비단으로 유입을 허용하게 되어 장비에 도로 큰 수리를 요하는 문제를 일으키고, 장비 수명에 악영향을 끼치게 되어 더욱 좋지 않은 결과를 가져오게 될 것이다. 이러한 기능을 하는 M/C의 순간전압강하 보상장치를 선택하여 대책을 세우는 것이 매우 중요하다. M/C에 대해서 순간정전까지도 완벽하게 방어하는 순간정전 보상장치를 설치하는 것은 장비를 운영하고 유지, 보수하는 입장에서는 반드시 고려해야 할 것이다.

             전압(%)

 

 

 [ 그림 4 ] : 코일록 사용시 M/C의 순간전압강하 보호 영역

 

. M/C에 대한 순간정전 방지를 위한 전세계 제품의 기술 비교설명

 

 

온라인 UPS

방식

지연석방형

(ODR)

1초 순간정전 트립방지 장치

 한시 재기동 릴레이 방식

COIL-LOCK 방식

특 징

ㅇ 입력전원 상실시 축전지에 저장된 DC AC로 변환하여 항상 전원을 공급하는 장치로서 온라인 형태 라야 순간 저전압을 방지할 수있음.

(오프라인 UPS는 순간저전압 방지못함)

ㅇ순시 정전이나 순시 전압저하가 있는경우, 조작코일에 병렬로 접속 한 내부 콘덴서 에 의하여1~3초정도, 회로를 그대로 유지

하도록 함.

ㅇ약 1초 이내의 순간정전 또는 0% SAG에도 외부의 콘덴서 충전 보상장치에 의해 M/C를 유지시켜줌

70-80% SAG시에 자동으로 Dropout M/C를 자동으로 재기동시켜줌.

25% SAG 3초까지 M/C를 유지시켜주고 25%이하가 될 경우에는 설비보호를 위해서 자동으로 비상 정지함.

ㅇ미국 EPRI에서 권고하는 제품임.

장 점

ㅇ 어떠한 경우라도 전원을 항상 공급할 수 있어 컴퓨터가 내장된 생산장비에 주로 사용하고 있음.

ㅇ 설비용 MC에 공급할 경우에도 입력전원에 관계없이 계속 모터를 가동시킬 수 있음.

ㅇ 생산 공정설비의 중단없이 계속 운전 함으로써 설비운영 이용률이 극대화됨.

ㅇ저비용으로 M/C 보호 가능

 

1초이내의 어떤 종류의 순간정전에 도 생산설비의 중 단없이 계속 운전이 가능토록 함.

 

 

M/C를 자동으로 재기동시켜줌으로써 설비의 보호와 설비의 완전 정지를 방지해 줌

 

M/C를 소량 으로 운영할 경우 에 효과적임. (상수도 설비 기동 등에 이용)

SAG의 대부분이 25%이상에서 나타나므로 대부분의 SAG M/C보호가능

25%이하 SAG시에는 결상으로 인한 모터 손상시 더 큰 생산 차질을 방지하기 위해 설비를 비상 정지시킴.

ㅇ관련기준:SEMI F47,IEC61000-4-11

단 점

ㅇ시설공사비,유지 보수비등 과다

 

20%이하 순간 정전이 발생시에도 설비를 계속 가동 시킴으로써 장비에 돌입전류 허용으로 장비수명을 단축할 우려가 있고, 제품 품질에도 악영향을 줄 수 있어 장비가 다운된 것과 비슷한 결과가 나올 수 있음.

ㅇ 단상결상 정도의 순간 정전등 어떤경우 에도 설비를 계속 가동 하게 함으로써 정전시 모터의 발전 주파수와 재 통전시 한전주파수와 충돌할 우려와 동시 통전 돌입전류로 계통보호 에 어려움을 줄 수가 있음.

 

50% 새그 발생 시에는 스위치 접점에 채터링이 발생하여, 큰 문제를 야기시킬 수 있음.

ㅇ 콘덴서 열화에 따라 50% 새그 발생시에는 스위치 접점에 채터링이 발생하여, 큰 문제를 야기시킬 수 있음.

ㅇ 모터용으로 사용할 경우 콘덴서가 파손되기쉬움.

 

5년 정도 경과 후 콘덴서수명으로 인해 성능저하로 교체를 권고함.

 

20%이하 순간정전 발생후에 유입되는 돌입전류에 코일등 부품의 수명에 악영향을 줌

ㅇ 차단원인을 분석하지 않고 자동으로 복구 함으로써 사고 우려가 높아 중요 설비에는 적용 하지 않음.

 

ㅇ연속 공정이 필요한 곳에 적용 하기에는 불가능 함.

 

50% 새그 발생시에는 스위치 접점에 채터링이 발생 하여, 큰 문제를 야기시킬 수 있음.

25% 이하 순간 정전 시에는 설비 보호를 위해 설비를 정지 시킴으로써 생산에 차질 이 생길 수 있음.

 

ㅇ 콘덴서를 사용하지 않아 전자부품의 수명 으로 운전 가능함.

 

ㅇ 한시 재기동 릴레 이와 조합하여 사용하면 최적 솔루션이 될 수  있음.

 

 

 

6. 맺는 말

   상기에서 살펴본 바와 같이 산업공장에서는 정전과 순간전압강하만이 존재하는 조건에 있지만 설비단에 설치되어 있는 M/C(전자접촉기)이 채터링에 의해서 설비에 원하지 않는 순간정전이 발생하게 된다.

따라서 산업공장에서는 무조건  전 설비에 대해서 순간정전 대책을 세우기보다는 산업 생산장비에 설치되어 있는 모든 M/C의 채터링에 의해서 발생하는 순간정전을 반드시 방지하게 하면, 산업공장에서는 순간전압강하 대책만을 강구할 수 있는 조건을 구축하게 함으로써 공장의 계통보호를 원활하게 하고 경제적인 대책을 수립함으로써 투자대비 생산성을 극대화할 수 있을 것이다.

 

 

ㅇ  방어 대책 목표선정 그래프

 

 

 

 

 

 

 기술 문의 : 재신정보 (031-388-7874)  한 정규 대표   http://www.jsdata.co.kr

 

 
     ZIGOR DVR 새그보상장치에 대한 새그발생기 내성 시험 사진
     국제 Sag내성 기준 - IEC61000-4-11, IEC61000-4-34 기준에 대한 설명자료
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