글쓴이: Randy Barnett
유일한 전력 품질 문제가 복사기 및 프린터와 같은 단상 비선형 부하 때문에 발생했다면 전력 품질 측정의 세계가 훨씬 더 간단하다고 생각할 수 있을 것입니다. 하지만 오늘날 우리가 살고 있는 세상에서는 전력 품질 조사를 수행하든 전기 시스템 문제를 해결하든 3상 전력 품질 분석기가 필요합니다. 전압 리드 5개와 전류 클램프 4개를 사용하여 전력 품질 분석기를 설치한 다음 측정 및 기록할 수 있는 12개가 훨씬 넘는 매개변수를 제공하는 다양한 화면에서 필요한 부분을 선택하는 것은 모두 매우 어려울 수 있습니다. 하지만 Fluke 435(대체모델 Fluke 1775)와 같은 3상 전력 품질 분석기는 작동의 기본 사항을 이해하면 강력한 만큼 사용하기도 쉽습니다.
3상 전력 품질 모니터링은 반드시 필요합니다. 알 수 없는 전기 문제를 해결하든, 고객에게 추가 서비스를 제공하든, 상업 및 산업 고객에게 제공되고 시설 전체에 걸쳐 공급되는 것은 3상 전력입니다.
3상 분석기 설치
특정 문제를 해결하는 것이 아닌 한 일반적인 전력 품질 조사를 시작하기 좋은 위치는 공통 결합 지점(PCC)입니다. PCC는 전기 유틸리티 및 고객 인터페이스가 발생하는 지점입니다. 실용적인 이유로 PCC는 유틸리티 수익 계량기의 고객 측입니다. 전력 품질 분석기는 주 차단기 다운스트림의 안전한 위치에서 사용해야 하며 모든 안전 작업 절차에 따라 설치해야 합니다.
3상 분석기를 설치하기 전에 계기 "설정" 화면에서 배전 시스템 구성을 선택합니다. Fluke 435에는 10가지 구성이 있습니다. 3상 Wye는 480Y/277 또는 208Y/120의 전압으로 상업 및 산업 응용 분야에서 가장 일반적으로 사용됩니다. 리드를 연결할 때 혼동을 피하기 위해 컬러 리드 마커를 사용하여 전압 및 클램프 리드를 분석기 구성 화면에 표시된 색상과 일치시킵니다.
안전을 위해 항상 접지 리드를 먼저 연결한 다음 나머지 전압 및 전류 리드를 연결합니다. "Scope"를 눌러 적절하게 연결되고 올바르게 상회전하는지 점검하고 모든 리드가 제대로 연결되었는지 확인합니다.
데이터 측정 및 분석
Menu를 눌러 분석할 매개변수를 선택하고 설정하여 데이터 측정 및 분석을 시작합니다. Volts/Amps/Hertz 화면은 측정 및 분석을 시작하고 시스템 상태를 전체적으로 확인하기에 좋은 곳입니다. 중요한 값은 표시된 Crest Factor(CF)입니다. CF는 RMS 전압에 대한 피크 전압의 비율입니다. CF가 1.4 미만으로 떨어지는 양은 사인파의 피크가 왜곡으로 평평해지는 정도를 나타냅니다. 사인파가 차츰 평평하게 되는 경향이 있으면 전원 공급장치의 커패시터가 최대값까지 충전될 수 없습니다(이 커패시터는 피크 전압까지 충전하도록 설계됩니다). 커패시터가 완전히 충전되지 않으면 컴퓨터 작동 중지부터 전자 장비의 거짓 경보에 이르기까지 문제가 발생할 수 있습니다. 반대로 CF가 1.4 이상으로 상승하면 다른 유형의 왜곡을 나타내며 피크 전압이 너무 높아지면 구성 요소가 손상될 수 있습니다. RMS 멀티미터는 만족스러운 값을 계속 판독하지만 CF는 순수한 전압 사인파의 공칭 1.4에서 벗어나 장비에 문제가 발생한다는 점에 유의해야 합니다. 이 이유 및 다른 유사한 이유로 DMM을 사용하여 전력 품질 문제를 해결할 수 없습니다.
Fluke 435 메뉴에서 “Dips and Swells”을 선택하면 시간에 따른 전압 변화를 보고 기록할 수 있습니다. 새그(유럽 표준에서는 "딥"이라고 함)와 스웰은 상당히 일반적인 전력 장애입니다. 새그 및 스웰은 분배 시스템에서 짧은 시간 동안 전압 변화가 하강(새그) 또는 상승(스웰)하는 것입니다. 새그가 발생하면 전자 장비가 부적절하게 작동하고, 모터가 라인에서 트립되며, 심지어 릴레이에 채터링 또는 드롭아웃이 발생할 수 있습니다. 일정 기간 동안 스웰이 있으면 절연이 손상되고 전자 구성 요소에 고장이 발생할 수 있습니다.
가변 주파수 드라이브(VFD) 및 무정전 전원 공급장치(UPS) 시스템과 같은 비선형 하중에서 고조파 전압과 전류가 발생합니다. 고조파 전류는 기본 주파수(60Hz)의 정수 배수 주파수입니다. 예를 들어, 세 번째 고조파는 3 x 60Hz 또는 180Hz에서 흐르는 전압 및 전류입니다. 다섯 번째 고조파는 300Hz의 전류입니다. 고조파 전류는 기본(60Hz) 사인파를 왜곡하여 전자 장비가 부적절하게 작동합니다. 총 고조파 왜곡(THD)은 고조파 때문에 발생하는 왜곡의 합계이며 전체 왜곡의 크기를 나타냅니다. 5% 전압 THD에서 부하 작동에 영향이 생길 수 있습니다. THD는 전력 품질 분석기에서 쉽게 판독할 수 있습니다.
특정 고조파 주파수가 우세하면 중성 도체의 과열, 모터의 역토크 및 과열이 발생할 수 있습니다. 비선형 부하가 정상 순환하면 배전 시스템에서 고조파 전류의 주파수와 크기가 변화합니다. 메뉴 화면에서 Harmonics 기능을 선택하면 현재 고조파 주파수와 진폭을 볼 수 있습니다.
유틸리티 비용이 증가하면서 시설의 전력 및 에너지 사용에 대한 관심이 갈수록 증가하고 있습니다. 중규모 제조 시설에서도 전력 계수 과징금이 매월 수만 달러에 달할 정도로 클 수 있습니다. 역률은 시설에서 공급하는 피상 전력(kVA)에 대해 설비에서 소비되는 실제 전력(kW)의 비율입니다. 작업에 사용되는 양보다 너무 많은 피상 전력이 공급될 경우 유틸리티 역률 과징금이 발생할 수 있습니다. 메뉴 화면에서 Power and Energy를 선택하여 역률을 쉽게 읽을 수 있습니다. 역률 문제를 일으키는 큰 모터 부하를 격리하고 역률 보정 커패시터를 설치하면 역률 과징금을 완전히 없앨 수 있는 경우가 많습니다.
상업 및 산업 고객도 피크 수요 요금을 지불할 수 있습니다. 피크 수요는 15분 또는 30분 동안 사용된 최대 kW 용량입니다. 유틸리티는 이러한 수요에 맞게 장비의 용량을 산정하고 일반적으로 피크 수요 값을 기준으로 kW 사용량에 대한 요금을 청구합니다. 전력 품질 분석기를 사용하면 kW, kVA 및 kVAR(무효 부하)을 모두 모니터링하고 지능형 에너지 관리 결정을 내릴 수 있습니다.
플리커는 전압 변화로 인해 조명 출력이 불안정하게 흔들리는 것으로 인지되는 것을 의미합니다. 플리커는 단기 및 장기 값 양쪽 모두로 측정합니다. 플리커로 인한 조명의 깜박거림이 너무 많으면 사람이 불편해하고, 유틸리티 과징금이 부과될 수 있습니다. 전력 품질 문제를 해결하는 동안 메뉴에서 Flicker 화면을 선택하면 용접기, 아크로 또는 사이클로컨버터 발생기와 같은 깜박거림의 원인을 격리하는 데 도움이 될 수 있습니다.
3상 시스템에서 불균형 전압은 세 위상 간에 부하가 불균일할 때 발생합니다. 특정 위상에 단상 부하를 너무 많이 배치하면 다른 두 위상에 비해 해당 위상의 전압이 낮아집니다. 이제 3상 모터에 대한 전압의 균형이 맞지 않습니다. 가변 주파수 드라이브 때문에 고조파가 증가할 수 있으며 드라이브 출력에 영향이 생길 수 있습니다. 전압 불균형은 Unbalance 화면을 사용하여 측정하며, 교정 조치를 취하지 않을 때 2%를 초과해서는 안 됩니다.
과도 현상은 일반적으로 사인파의 일부에 대해서만 발생하는 전압의 매우 짧은 기간의 변화이지만, 원치 않는 효과가 나타날 수 있습니다. 낙뢰를 가장 심한 과도 현상이라고 간주할 수 있지만, 큰 부하나 커패시터 뱅크의 작동과 같은 다른 원인도 문제를 일으킵니다. 전자 장비의 고장은 과도 현상 때문에 발생하는 매우 심각한 문제 중의 하나입니다. 과도 현상은 그 특성으로 인해 특수 모니터링 장비로만 캡처하고 측정할 수 있습니다. Fluke 435 Transients 기능은 전압 수준을 기록하여 과도 상태를 모니터링합니다.
시작 시에 모터 돌입 전류는 정상 최대 부하 전류 정격의 5~7배(또는 그 이상)로 흐를 수 있습니다. 이러한 큰 전류 때문에 배전 시스템에 심각한 전압 새그(강하)가 발생하고, 이러한 새그에 내재된 앞서 언급한 문제가 발생할 수 있습니다. Fluke 435의 Inrush기능을 사용하면 모터 사이클이 켜지거나 꺼질 때 시간에 따라 돌입 전류 값을 측정할 수 있습니다.
유틸리티에서는 전력 분배 시스템을 사용하여 더 높은 주파수 신호를 전달하여 기기를 켜고 끌 수 있습니다(리플 제어). 메뉴에서 Mains Signaling을 선택하면 Fluke 435에서 이러한 신호가 발생할 때 이를 캡처하여 의심되는 신호 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.
Fluke 435 메뉴에서 Logger 기능을 선택하면 전압, 전류, 에너지 및 고조파 왜곡에서 발생하는 크레스트 팩터(CF) 분산을 포함하는 여러 시스템 매개변수를 로깅할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 수집된 데이터를 다운로드한 다음 이 정보를 대형 모터 및 비선형 부하와 같은 플랜트 장비의 작동과 비교할 수 있는 능력이 있으면 전력 품질 문제의 원인을 파악하고 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.
에너지 비용 감소
Fluke 435와 같은 전력 품질 분석기는 고유의 전기 분배 시스템 문제를 진단 및 격리할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 비용을 감소하는 경우에도 도움이 될 수 있는 강력한 측정 및 기록 도구입니다. 가동 중지 시간이나 장비 손상을 고려하면 이러한 장비 및 관련 교육에 대한 투자 회수 시간은 매우 작을 수 있습니다. 필요한 데이터를 측정 및 기록하고, 설정 및 사용이 간편하며, 해당 데이터를 다운로드 및 분석할 수 있는 전력 품질 분석기를 찾는 것이 핵심입니다. 이미 전력 품질 조사를 수행하고 있거나 전력 품질에 대한 기본 사항(측정 대상, 확인 대상 및 방법)을 알고 싶어하는 사람들에게 Fluke 435가 적합합니다.