Sag(순간전압강하) 대책

초고압(22.9kV이상) 전기를 사용하고 있는 공장에서는 순간전압강하(Sag 또는 Dip)로 인해서 생산 장비가 다운되어 공장에 큰 피해를 당하고 있다.
이를 방지하기 위한 대책이 여러가지가 있었다. 그에 대한 세대별로 세계적인 흐름과 국내의 흐름을 종합적으로 정리를 하면 아래와 같다.

제1세대 대책
- 순간전압강하 내성 기준이 수립이 되지 않는 시절에서는 대부분 축전지 저장방식의 UPS를 사용하여 순간정전 대책으로 순간전압강하 대책도 동시에 세웠다. 공장 건설비용과 설비 운영 비용이 크게 상승하였다.

제2세대 대책
- 국제 표준기구에서는 SEMI F47, IEC61000-4-11, IEC61000-4-34 등의 장비 자체 새그 내성 기준을 발표하였으나, 생소한 기준으로 이해도가 부족했고, 장비 도입가격의 상승 부분만 강조되고 전체적인 공장 운영비용에 대해서는 고려하지 않음으로써전세계적으로 확산되지 못하였다. 하지만 미국, 유럽 반도체 장비제조사들은 꾸준히 적용해 오고 있다.

제3세대 대책
- 콘덴서를 이용하여 1초 순간정전 보상장치로장비 내부에 장착, 적용하였다. 완벽한 대책이 아닌 장비별 부분 대책이었고, 공장 운영에 상당한 도움이 되었으나 추가 구축 비용이 상승하게 되었다.

제4세대 대책
- 대형 순간전압강하 보상 장치로서 라인별, 공장별로 대책을 세웠다. 공장 운영에 큰 기여하게 되었으나 공장 운영, 유지비용이 크게 상승하여 생산 원가를 상승시켰다.

제5세대 대책
- 생산원가 절감을 위해서 SEMI F47 규격등으로 장비를 발주하여 장비 자체의 새그 내성기준으로 공장을 운영하게 되었다. 장비도입 가격이 약간 상승하였지만, 공장 전체 운영 비용은 크게 절감되었고 공장 전체 정전을 피할 수가 있게 되었다.

재신정보에서 제안하는 Sag(순간전압강하) 대책 순서는 아래와 같습니다.
▣ 1단계 :
전기품질 미터기를 상시 온라인으로 측정하여 전기품질 데이터베이스를 구축한다. 이때 전기품질 측정 기준은
IEC61000-4-30 Class A. Ed.3 인증을 획득한 PQube3 등의 제품을 사용한다. 각 새그 발생시 생산 피해액을 집계해 둔다.
[IEC61000-4-30 Class A Ed.3 측정화면]
[ITIC 커브 보고서]


- EN50160 전기품질 평가보고서 기능을 이용해서 공장내 전기품질을 아래 그림과 같이 온라인 상시 관리한다.


▣ 2단계 :
측정한 전기품질 데이터베이스를 기초로 하여 새그 대책 기준 목표 레벨을 설정한다. 예를 들어서 우리 공장의 새그 대책 목표 기준을 SEMI F47로 할 것인가, IEC61000-4-11로 할 것인가, ITIC/CBEMA 로 할 것인가, 1초 정전으로 대책을 세울 것인가를 결정한다. 이때 새그 피해 발생시 총 생산 피해액과 새그 대책 목표 기준 적용시 총 투자비용을 비교하여 ROI 를 계산해서 이익이 발생할 경우에 새그 대책 투자를 결정한다.
[새그 대책 기준 그래프 ]


▣ 3단계 : 각 장비별로 새그 대책을 시행한다.
1. 회전 기계류에 대한 새그 대책
○ 현상 1 :
M/C은 새그 발생시 채터링이 발생하여 부하단에는 순간정전이 발생하게 된다. 그러면 부하 설비가 다운되고, 상위의 차단기가 돌입전류 발생으로 인해서 트립이 될 수 있다.
또 M/C가 설치가 되어 있는 인버터는 순간정전 발생 또는 과전류로 인해서 정지될 수가 있다.
○ 대책 1 :
M/C 구동 전원에 코일록( Coil Lock)을 설치하여 채터링 현상을 방지한다.
○ 코일록 새그 동작 비교 시험 : https://youtu.be/y2x5WUXS1YM
2. 생산설비에 대한 새그 대책
○ 현상 2 :
모터등의 회전기계류를 제외한 생산 설비에 새그 발생시 생산설비가 다운되는 현상
○ 대책 2 :
DVR 로 전체 생산설비에 대한 새그 대책을 세움.


▣ 4단계
대책 3 : 생산설비 도입 발주 시 아래와 같이 새그 내성 규격으로 장비를 발주한다.
  • 반도체 장비 : SEMI F47 기준으로 발주
  • 네트워크 통신장비 : ITIC 또는 CBEMA 기준으로 발주
  • 유럽 수출용 가전제품 : IEC61000-4-11 기준으로 발주
○ 대책 4 : UPS 배터리 시스템을 구축한다.
  • 전산 데이터서버, PLC, DCS 등


▣ 대책에 대한 종합 결론 :
공장의 최종 목적은 얼마나 생산원가를 줄여서 최대 이윤을 낼 것인가에 있을 것입니다. 그리고 공장 전체 정전을 방지하면서 생산설비를 최적으로 운영할 수 있을 것인가가 관건입니다. 결국에는 돌고 돌아서 시행착오를 모두 거친 후에 최적의 방법을 찾아갈 것인데 그 종착점은 상기 4단계 “대책 3” 과 “대책 4”가 될 것입니다. 그 이유는 현재와 미래에는 전 세계 공장들과 생산원가 경쟁을 해야 하기 때문입니다.


재신정보에서는 이에 대한 세미나와 진단, 대책을 수행하고 있습니다.