전력 품질 문제 감지

전력 품질이 좋지 않으면 보수 비용이 많이 들고 장비 수명이 단축되거나, 자동화 장비가 자주 트립되고 제거해야 하는 불필요한 외부 열이 발생할 수 있습니다. 더 나쁜 것은 플랜트 내부에서 낮은 전력 품질이 발생할 수 있다는 것입니다.

전력 품질 문제의 다양한 측면

산업 플랜트에 가장 많이 영향을 미치는 전력 문제로는 전압 강하(또는 급강하) 및 급상승, 고조파, 과도 현상, 전압 및 전류 불균형 등이 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위한 적절한 도구에는 각 작업에 적합한 지식 및 전기 테스트 기기가 포함됩니다.

또한 시설의 정확한 결선 다이어그램이 필요합니다. 결선 다이어그램에는 AC 전원, AC 전원에서 공급되는 부하 및 정격이 표시되어 있습니다. 이는 시설의 전제적인 전기 로드맵이며, 이것 없이 전력 품질 문제를 조사하는 것은 거의 불가능합니다.

전기 시스템에 대해 수행되는 테스트, 측정, 문제 해결, 수리 또는 기타 작업은 해당 기능을 안전하게 수행할 수 있도록 교육을 받고, 적절한 절차를 사용하고, 지정된 전기 시스템에 맞는 테스트 도구를 사용하는 자격을 갖춘 담당자만 수행해야 합니다.

전압 강하(Sag) 정의

전압 강하란 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)에 따르면 전압의 크기가 일반적으로 8ms 이상(60Hz에서 반주기, 50Hz 시스템의 경우 10ms)에서 1분 미만으로 감소하는 것을 말합니다. 전압 강하의 영향을 받기 쉬운 산업용 장비에는 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC), 로봇 및 가변 주파수 드라이브(VFD)가 있습니다.

전압 강하 이벤트의 50% 이상은 일시적인 돌입 전류 조건을 생성하는 큰 유도 부하(일반적으로 모터)의 구동을 시작하는 것과 같은 전류 요구 사항이 증가하기 때문에 대부분 같은 건물 내에서 발생합니다. 그러나 전압 강하는 외부 이벤트에서도 발생합니다. 전압 강하를 초래하는 대부분의 외부 이벤트는 전력선에 영향을 미치는 초목과 같은 자연과 관련된 것입니다. 그러나 일부는 부주의한 인간의 행동 때문입니다.

전압 강하는 언제 발생할지 예측하기 어렵기 때문에 발견하기가 매우 어려울 수 있습니다. 고품질 디지털 멀티미터의 MIN/MAX 기능을 사용하여 부하에 전력을 공급하는 동안 최악의 경우 100ms 이상의 전압 강하 하나를 감지할 수 있습니다. 반복적으로 발생하는 것으로 의심되는 경우 고성능 전력 품질 분석기에서 "전압 강하(Sag) 및 상승(Swell)" 트랜드 분석 기능을 사용하십시오.

더 오랜 기간 동안 전력 품질 이벤트를 "문서화"해야 하는 경우, 몇 주 동안 발생하는 강하, 상승, 정전, 과도 현상 및 주파수 편차를 기록할 수 있는 이벤트 레코더를 사용할 수 있습니다.

전압 강하 문제를 해결하는 것은 일반적으로 전기 엔지니어링 모범 사례에 따라 진행됩니다. 예를 들어 배선은 공급 부하에 적합해야 합니다. 하위 패널까지의 배전선 연결 길이를 제한하여 소스 임피던스를 최소화합니다. 다른 하위 패널에서 하위 패널을 계단식으로 배열하지 마십시오. 필요한 경우, 그리고 가능하면 패널의 부하를 줄이십시오. 변압기에 과부하가 걸리게 해서는 안 됩니다. 이로 인해 에너지 손실이 증가하고 결과적으로 조기 고장이 발생할 수 있습니다.

먼저 배선 및/또는 부하 문제를 해결하십시오. 플랜트가 정상화되면 레귤레이터 및 정전압 변압기와 같은 기타 전압 강하 완화 솔루션을 사용할 수 있습니다.

전압 고조파란 무엇입니까?

고조파는 기본 주파수의 배수입니다. 이러한 고조파는 순수한 사인파여야 하는 전압 파형을 왜곡합니다.

전체 전압 사인파보다 낮은 전류를 전도하는 장치는 비선형 부하이므로 결과적으로 고조파를 생성합니다. 여기에는 VFD, 전자 밸러스트, 전자 테스트 장비 및 스위치 모드 전원 공급 장치와 같은 스위칭 전자 장치와 정류기가 있는 모든 장치가 포함됩니다.

시스템 임피던스를 통과하는 고조파 전류는 고조파 전압 왜곡을 생성하므로 전압 강하를 생성할 수도 있습니다. 심각한 경우, 이러한 전압 왜곡으로 인해 릴레이 및 보호 장치의 열 트립이 발생하고 PLC 및 VHD의 논리 오류가 발생할 수 있습니다. 전압 왜곡이 증가하면 선형 부하가 고조파 전류를 끌어오기 시작합니다. 모터에서는 이러한 고조파 전류 중 일부가, 특히 모터에 역토크를 발생시키는 5차 및 11차 고조파를 통해 전류가 증가하므로 모터 효율이 감소하고 열이 증가하며, 모터 수명이 단축됩니다.

전력 품질 분석기 또는 고조파 분석기를 사용하여 공통 커플링 지점에서 고조파를 측정합니다. 간단한 스냅샷의 경우 고조파 전압용 고품질 디지털 멀티미터 또는 고조파 전류용 고품질 클램프 미터를 사용할 수 있습니다. 그러나 왜곡된 파형을 정확하게 측정하려면 True RMS 테스트 도구가 필요하기 때문에 디지털 멀티미터와 클램프 미터는 반드시 True RMS 측정방식이여야 합니다.

대부분의 6펄스(Pulse) VFD가 5차 및 7차 고조파를 생성합니다. 그러나 12 및 18 펄스 드라이브는 펄스 수가 증가함에 따라 진폭이 감소하기 때문에 고조파를 줄이는 데 도움이 됩니다. 드라이브에서 생성되는 고조파를 완화하기 위한 다른 솔루션에는 수동 프런트엔드 초크/필터, 고조파 트랩 필터, 능동 필터 등이 있습니다.

서지(Surge)와 과도 현상 간의 차이점은 무엇입니까?

과도 현상은 정상 사인파를 초과하는 일시적인 전압 이탈입니다. 그 진폭은 시스템 공칭(nominal) 전압의 5-10배 이상이 될 수 있습니다. 과도 현상은 서지와 다릅니다. 서지는 일시적인 고에너지 현상이며, 일반적으로 낙뢰와 관련이 있습니다.

대부분의 과도 현상 유발 사고는 공장 내에서 발생합니다. 여기에는 커패시터 스위칭, 전류 차단, 전력 전자 장비 작동, 아크 용접, 접점 및 릴레이 폐쇄, 부하 시작 또는 분리가 포함됩니다.

과도 전압이 전기 절연 정격을 초과하면 스트레스로 인해 절연체 유전체 분열이 점진적으로 진행되거나 갑작스런 고장이 발생할 수 있습니다. 과도 현상도 전자 부품의 손상을 악화시킵니다. 한 번의 고에너지 과도 전류가 반전도체 접합부에 구멍을 낼 수 있으며, 때로는 반복적인 저에너지 과도 현상도 동일한 영향을 미칠 수 있습니다.

더 낮은 속도의 과도 현상을 감지하는 데 사용하는 것과 동일한 도구와 기술을 사용하여 감지할 수 있습니다. 지난 30년 동안 제조된 거의 모든 전자 장비에는 일정 수준의 과도 현상 보호 기능이 포함되어 있습니다. 일반적으로 금속 산화물 바리스터입니다. 과도 전압 서지 억제(TVSS)는 추가적인 과도 현상보호 기능을 제공합니다. 보호 장비 유형에 따라 시설 전체의 여러 지점에서 TVSS 보호를 적용할 수 있습니다. 서비스 입구에서는 범주 C 장비를 적용하고, 분배기 패널에서는 범주 B 장비를 적용하고, 개별 회로 수준에서는 범주 A 장비를 적용합니다.

전압 불균형 및 전류 불균형

전압 불균형은 3상 시스템의 위상 간 전압 차이를 측정하는 것입니다. 3상 모터의 성능을 저하시키고 수명을 단축시킵니다. 모터 고정자 단자의 전압 불균형은 높은 전류 불균형을 초래하여 네거티브 토크와 높은 작동 온도를 초래합니다. 이는 전압 불균형의 6배에서 10배 정도 될 수 있습니다. 불균형한 전류로 인해 토크 맥동, 진동 및 기계적 응력 증가, 손실 증가, 모터 과열이 발생합니다.

전압 및 전류 불균형은 연결이 느슨하거나 접점이 마모되는 등의 유지보수 문제로 발생할 수도 있습니다.

고급 디지털 멀티미터를 사용하여 기본적인 위상 간 전압 불균형을 측정하고 고품질 클램프 미터를 사용하여 위상 간 전류 불균형을 측정할 수 있습니다. 정확한 실시간 불균형 측정을 위해서는 불균형 문제를 해결할 수 있는 3상 전력 품질 분석기가 필요합니다. 개방 회로 및 단상-접지 고장은 일반적으로 시스템 수준의 설계 변경이 필요한 부하 분산보다 더 쉽게 해결할 수 있습니다.

결론

전원 품질 문제는 대부분 서로 관련이 있습니다. 개별 부하에 미치는 영향에 집중하지 않고 전체 플랜트 접근 방식을 통해 전력 품질 문제를 해결합니다. 때때로 한 가지 전력 품질 문제를 해결하면 다른 문제가 악화될 수 있습니다. 3상 전력 품질 분석기를 사용하여 전체적인 그림을 보면 단순히 증상을 파악하는 것이 아니라 전력 품질 문제의 원인을 해결할 수 있습니다.

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