HRG, 지락전류 적게 하기 위한 접지방식

Q. MCCB 정격용량보다 케이블을 한 단계 낮췄을 때 어떤 문제가 발생하나요? MCC Unit MCCB의 1, 2차 케이블을 변경해야 하나 말아야 하나 궁금해서 여쭙습니다. 지금 모터용량 25kW(48.5A)를 쓰고 있는데 MCCB는 125A로 교체했습니다. 그런데 케이블도 16sq를 써야 하는 것으로 알고 있는데 만약 10sq 정도 사용해도 괜찮을까요?

A. MOTOR의 MCCB는 CABLE의 용량으로 구하는 것이 아닙니다. MCCB는 MOTOR의 기동전류에 TRIP이 되지 않고 CABLE의 단락사고 시에 차단할 수 있으면 됩니다. MCCB는 전선정격×2.5배, MOTOR 정격 ×3배 중 작은 것으로 하면 됩니다. 그리고 Cable은 정격전류의 1.25배 이상(정격전류가 50A 이하이므로)으로 하고 전압강하를 잘 고려하여 선정하면 됩니다.

Q. 고전압이 걸린 회로에서 선을 끊으면 안 되는지에 대한 질문입니다. 한전 송배전선로와 같은 고전압, 고전력이 걸린 회로에서 임의로 선을 단선시킨다고 가정했을 경우 발생할 수 있는 상황과 위험성에 대해 설명 부탁드립니다. 정확히는 왜 함부로 선을 끊으면 안 되는지에 대한 설명을 알고 싶습니다.

A. 물이 적게 천천히 흐르면 막기가 쉽지만 많이 세게 흐르면 막기가 어렵기 때문입니다. 전기도 마찬가지로 전압이 높고 전류가 크면 차단이 어렵기 때문입니다. 때문에 차단하려면 그것에 견딜 수 있는 능력을 갖춘 차단기가 필요합니다.
만약 그런 능력도 없는 것으로 전기를 차단하게 되면 차단을 하는 부분은 선간, 상간 단락이 일어나 폭발까지도 발생합니다. 하여 고장 등이 발생하면 사고가 확대되지 않도록 전기를 차단하는 차단기는 그러한 능력을 갖출 수 있도록 고속으로 동작하고 그 전류에 견딜 수 있도록 아주 튼튼하게 만듭니다. 차단기는 선로나 부하에 이상이 있을 경우 임으로 전력을 차단할 수 있습니다.

Q. 일반 빌딩에 전기과장직으로 면접을 보게 되었는데 면접관이 빌딩 정전 시 대처요령에 대해 알고 있는지 묻더라고요. 잘 몰라서 얼버무렸는데 예전에 공장에서 근무할 때는 ASS 확인하고 이런 건 기억나거든요. 건물에서 정전 시 정전복구방법에 대한 정확하고 구체적인 메뉴얼에 대해 알고 싶습니다.

A. 빌딩이라면 ASS보다는 LBS가 사용이 많을 것입니다. 그러므로 대략 계통은 (인입측 22.9KV) LBS-VCB-변압기-ATS-ACB-각 분전반(부하측 380/220V) 일 것입니다. (건물의 수변전 결선에 따라 다소 차이는 있으나 기본 골격은 비슷하므로 참고 바랍니다.)
외부 한전 정전이 되면 VCB반에 있는 UVR(부족전압계전기)가 동작하여 t초 후 VCB를 트립시킵니다. 그리고 발전기가 기동됩니다. 발전기ACB가 투입되고 ATS반에 발전측 전원이 들어오면 t초 후에 절체되어 비상전원을 받게 됩니다. 비상전원은 승강기, 정화조, 소방, 주요 전등, 냉동기/냉온수기(조작판넬 및 펌프), 정류반, UPS 등 중요설비에만 공급되도록 ATS반에 연결된 비상판넬에 연결되어 있으므로 발전기를 기동한다고 모든 전원이 들어오는 것은 아닙니다.
한전측 전원(22.9)이 들어오면 (확인은 전압절체스위치VS를 돌려가며 선간전압 측정, 전력량계전원이 들어왔는지 확인 등) LBS는 보통 클로즈된 상태이지만  다시 확인해보고 오픈되어 있다면 클로즈시키고 VCB 부저스탑-리셋하여 캠스위치로 클로즈합니다. (Open=개방, Close=단락, 투입)
VCB가 클로즈되면 ATS반에 한전측에 전원이 들어오므로 t초 후 발전에서 한전으로 절체(한전 우선)됩니다. 마지막을 UVR에 있는 타켓 올려주시면 됩니다. (부저스탑-리셋 시 올려도 됨.)

Q. 450hp 정도의 큰 모터를 주기적으로 점검하려고 하는데요.
질문1) 어떤 점검을 해줘야 모터 코일부 고장 예측을 할 수 있을까요?
질문2) 모터를 안 뜯고 베어링 손상 정도를 알 수 있는 방법도 알고 싶습니다. 되도록이면 사람의 느낌이 아닌 수치로 가능할까요? 온도라던가 뭐 그런 걸로요.
지금 당장 생각하는 것은 상간 저항측정(테스터), 각 상의 대지 절연저항 측정(매거) 방법밖에 생각이 안 나네요. 조금이라도 정확한 고장예측을 하고 싶은데, 혹시 조금이라도 더 정밀하게 측정할 수 있는 기구나 방법이 있으면 가르침을 부탁드립니다.

A. ‘450hp’면 작은 모터는 아닙니다. 모터 점검을 하기 위해선 설비가 어떤 순서로 망가지느냐를 알아야 합니다. 모든 설비의 기본 망가짐 시작점은 ‘베어링’입니다. 베어링의 볼 안에 그리스 등 윤활유가 들어가 있게 됩니다. 기름성분이죠. 이 베어링이 돌면서 모터를 장시간 돌리면 점도가 떨어지게 됩니다.
사용자가 감지하기 쉬운 부분은 ‘마모가 진행되는 시작점’입니다. 감지가 쉽다고 해서 사람이 감으로 알 정도는 아닙니다. 예를 들어 모터가 60Hz로 4pole로 돈다고 할 때를 예로 설명해 보겠습니다. 베어링 구슬 수는 계산이 편하게 10개로 하고요.
이 구슬 중 하나가 마모가 진행된다고 합시다. 원래라면 이상적일 시 이 마모가 없으면 베어링에 손을 대더라도 진동이 느껴지지 말아야 합니다. 진동이 느껴진다는 건 뭔가 불균형이 있다는 겁니다. 정상적이라면 아무런 불협화음이 발생할 수가 없는 거죠.
그러면 이때의 불균형이 회전하면서 나타나게 되고. 이는 60Hz/4pole=1800rpm/60s=30rps(1초에 30바퀴)가 정상 주파수가 됩니다. 1초에 30번의 신호가 들어온다는 개념.
하지만 구슬 한 개가 원형이 아닌 타원형이 돼서 타점이 2개가 된다든지 3개가 된다든지 하면 주파수는 30×3=90Hz가 될 것입니다.
어느 정도 전기시스템 개념을 넣는다면 이 결함주파수 각각의 값이 도달한다면 알람을 띄운다거나 Fault를 띄우는 전기디바이스를 공급하는 업체도 요새 많습니다. 그리고 이 값을 위성으로부터 받아서 유지보수 엔지니어가 실시간으로 원격 체킹을 해주고 하는 시스템도 나오고 있는 추세입니다.
답변1) 코일 손상 여부 쮆 온도가 밀접하고 쇼트가 나더라도 한방에 나가지 않습니다. 과전압을 몇 번 때려줘야 소손되더군요. Fclass 모터면 외함 기준 100도까지 올라가도 돌려도 됩니다. 주변 45도이고 상승온도가 100도였나?! 외함 기준으로 120도까진 괜찮을 겁니다.
답변2) 베어링 손상 정도 쮆 베어링 손상 정도를 진동테스터 없이 알기 위해선 베어링이 위치한 곳에 점을 찍으시고 시간마다 수기로 온도 체킹을 하시면 됩니다. 온도측정기로 베어링 데이터 시트를 보시면 적정 온도가 명시되어 있습니다.

Q. 옴의 법칙은 V=IR인 것은 아는데 옴의 법칙과 직병렬 회로를 사용하여 실험합니다. 기초적인 것들 좀 설명해주시면 감사하겠습니다.

A. 옴(Ω)의 법칙은 전압(V), 전류(A), 저항(R) 중에 2가지를 알면 한 가지를 알 수 있는 법칙입니다.
직·병렬은 회로의 연결 형태를 말하는 것으로 직렬은 하나의 길로 만드는 것을 말하고 병렬은 여러 개의 길로 만드는 것을 말합니다.
저항의 직렬은 여러 개의 저항을 1줄로 만들어 전류가 흐르는 길을 하나로 만드는 것으로 각 저항에 흐르는 전류가 같고 각 저항에 걸리는 전압이 다르게 나오는 것을 실험하는 것입니다.
각 저항에 걸리는 전압은 V=I R이기 때문입니다.
그리고 저항의 병렬은 전류가 여러 곳으로 흐르도록 길을 만드는 것으로 전압은 같고 전류가 저항에 반비례하여 흐르는 것을 실험하는 것입니다. 각 저항에 흐르는 전류는 I= V/R이기 때문입니다.

Q. 질문1) 한전 정전이든 자체 구내 정전 시든 UVR 트립되어서 정전이 되었을 때 분기VCB와 저압ACB는 차단기가 개방상태가 아닌 투입상태로 유지되고 있지 않나요? 그럼 복구할 때에 먼저 분기VCB와 저압ACB를 수동으로 개방시켜 놓고 다음에 메인VCB→분기VCB→저압ACB 순서로 투입해야 하는 거 아닌가요?
질문2) 예를 들어 저압 동력용 ACB가 혼자 트립되어 부분정전이 일어났습니다. (LBS, 메인VCB, 분기VCB, 전등용ACB는 살아 있는 상태) 그럼 해당 ACB판넬에서 리셋버튼 누른 후 곧바로 투입시키면 정상화되는 거겠죠?
질문3) 자체 정전실시 때 제가 알고 있는 방식이 아닌 반대순서로 LBS 개방→메인VCB 개방→분기VCB 개방→각각의 ACB 개방 순서대로 정전을 실시해도 문제가 없는 건가요?
질문4) 정전 후 복전까지 대처법을 적어 뒀는데 제가 모르거나 빠진 부분이 있다면 알려주시기 바랍니다.

A. 답변1) 예를 들어 거실 조명공사에도 금속배관을 사용할 것인지? 합성수지배관을 사용할 것인지? 단로스위치도 일반형을 사용할 것인지? 램프표시형을 사용할 것인지? 주체에 따라서 다를 수밖에 없습니다. 즉, 수변전 설비도 동작을 만족시키기 위한 보호시스템은 다양하게 구성될 수밖에 없다는 것이지요.
따라서 통상적인 구성에 기초한 의견임을 전제합니다. UVR은 주차단기(VCB)에 연계되어 부족전압을 인지 후, 트립범위에 있으면 설정된 시간 후 주차단기를 트립시키기 때문에, UVR이 동작하는 정전이라면 주차단기는 트립됩니다.
ACB의 경우에는 UVR도 같이 연계하여 사용할 수도 있겠지만, 주로 UVT를 사용하거나 사용하지 않을 수도 있겠습니다. ①UVT 사용 조건: 정전 시 ACB는 트립됩니다. ②UVT 미사용 조건: 정전 시 ACB는 정전 이전 동작상태를 유지합니다.
답변2) 저압동력용 ACB만 트립되었을 경우, 최신 ACB라면 트립 원인에 대한 FAULT 메시지 표시 등이 점등될 것입니다. 따라서 트립원인을 제거 및 리셋 후, 투입하는 것이 바람직합니다.
구형 ACB인 경우라도 원인 파악이 곤란하면 평소 절연관리 자료를 잘 준비해 놓았다가 최소한 절연상태는 측정 및 판단 후 후속조치를 시행해야 하겠습니다.
답변3) ①주차단기(VCB) ②LBS ③ACB 순서로 조작하는 것이 바람직합니다. 다만, 주차단기(VCB) 2차 계통에서의 자체 정전이라면 굳이 LBS를 개방하지 않아도 되겠지만, 차단기를 조작하는 사람은 반드시 안전관리자만이 할 수 있도록 하는 것도 매우 중요합니다.

Q. HRG에 대한 질문입니다. “인버터가 구동되면 HRG 동작에 의해 VOLT METER에 전압이 뜬다?” 이게 무슨 말인지 모르겠습니다. 3고조파, 5고조파가 뜬다는데 이게 맞는 말인가요? 그리고 고조파가 뜨면 DCS에 Fault를 주고 싶은데 어떻게 해야 할까요?

A. HRG는 고저항으로 접지하는 것을 말합니다. 이것은 지락 사고 시에 지락전류를 적게 하기 위한 접지방식입니다. 그리고 고조파는 인버터나 BATTERY CHARGER, UPS 등과 같은 전력제어를 하는 기기에서 많이 발생합니다. 전력제어 기기는 정전용량도 매우 크기 때문에 정전용량에 의한 지락전류도 많이 생깁니다.
그 전류가 흐르면서 HRG에 전류가 흐르고 전압이 발생합니다. 고조파를 검출하는 것보다 S/W가 있는 VOLT METER를 사용하여 그 접점을 이용하여 FAULT를 뜨게 하면 됩니다.

4월 에너지 법령 질의회시

[질의] : 부하 불평형 개선에 대하여 
당 아파트 세대 부하의 불평형률을 알아보고자 합니다. 공급 방식은 3상 4선 방식으로 각 세대 부하는 단상으로 되어 있고 한 개의 수배전반에 주 차단기(ACB)와 아래 3상(MCCB) 9개의 차단기가 부착되어 있으며, 9개의 차단기는 각 라인별로 부하가 연결되어 있는 상태입니다. (각 동 지하 분전함에서 단상으로 연결) 그리고 부하불평형률을 계산하고자 각 9개의 차단기 별로 R, S, T 상을 시간대로 부하전류량을 체크한 상태입니다. 상기의 자료를 가지고 부하 불평형률을 구하여 불평형이 나타나는 간선에 부하개선 작업을 하고자 합니다. 이때 불평형률을 어떻게 구해야 하는지요.

[회시] ① 아파트는 시간대별로 불평형률이 수시로 변하므로 고정적인 불평형률을 구하기는 어렵습니다. 3상 4선식의 공급 방식이 대부분이므로 3상 설비불평형률=각 선간에 접속하는 단상부하 총설비 용량의 최대와 최소의 차/총부하 설비용량의×1/3×100% 따라서, 3상 불평형률은 주 차단기(ACB) 측의 각 상전류로 위 식에 대입하여 구하시면 됩니다.
② 주 차단기(ACB)측의 3상 부하계통의 “불평형율의 계산값이 30[%] 이하”가 되도록 분기(MCCB) 측의 부하를 조정하여 개별적으로 평형을 맞추면 좋으나 여건상 어려운 경우가 많습니다.
부하사용량이 많은 저녁 시간대에 분기(MCCB) 측 각 상전류를 측정한 다음 많이 흐르는 상과 적게 흐르는 상을 서로 교환하는 방식으로 각 상의 부하를 조정하여 주 차단기(ACB) 측 각 상전류(부하)를 비슷하게 맞추시면 됩니다. 간선별 분전반에서 단상부하를 개별적으로 조정하는 것은 현실적으로 무리가 있으므로 전기실 저압배전반에서 각 분기별로 전류를 측정하여 분기(MCCB) 측 R, S, T상을 교환하시면 됩니다.

[질의] : 3상 전류값 계산에 대하여 
마그네트 2차 전류값이 궁금합니다. 현재 마그네트 2차에 2종류의 부하를 연결하여 사용하고 있습니다. 하나는 10[A], 다른 하나는 6[A]가 흐르고 있는데요. 1선식 전류를 측정하면 위와 같이 정상적으로 나오는데 2선을 같이 측정하면 16[A]가 나와야 정상 아닌가요?
2선을 같이 측정하면 약 8[A]정도 표시됩니다. 왜 그런지 자세히 설명 좀 부탁드립니다.

[회시] ① 현장에서 전류측정은 클램프 메타로 하셨을 것으로 생각됩니다. 결론적으로 말씀드리면 8[A]가 나왔다면 정확히 나온 것이라고 판단됩니다. 교류 전류 값은 벡터값으로 생각하시면 이해가 잘 됩니다. 2종류의 부하 즉, A 부하가 6[A], B 부하가 10[A] 이면, 각각의 부하 역률에 따라 위상차를 가지고 흐르게 되어 입력의 두 전류의 벡터 합성 값의 합은 8[A]가 되는 것입니다.
② 예를 들어 클램프 메타로 일반 단상 두선(상-중성선)을 같이 측정하면 전류가 많이 흘러도 벡터값이 0[A]이 되어 측정값은 0[A]가 나오는 것을 쉽게 볼 수 있습니다. 전류값이 측정된다면 누설전류가 있는 경우 입니다. 이와 같은 원리로 누설전류계로 사용하기도 합니다. 클램프 메타의 측정원리를 살펴보시면 쉽게 이해 될 것으로 생각됩니다.

[질의] : 3상 전력요금과 단상전력요금에 관한 문의
단상 전력요금 계산법
40[W]×100개×10시간 = 계산법?
3상 전력요금 계산법
4[kW](모터)×1개×10시간 = 계산법?
비교 요금을 쉬운 방법으로 설명 부탁합니다. (전기료 [kW]당 70원일 때)

[회시] 전기요금은 사용전력량에 따라 요금계산을 기본 원칙으로 하고 있습니다.
그러나 공급자 측에서 보면 유효전력량(저항 소비 부하값)만으로 요금 체계를 확립하다 보니 수용가 역률저하에 의한 무효전력 공급량이 늘어 예비로 발전소와 배전선로 등을 요금과 관계없이 추가로 설치해야 됩니다. 따라서 원가가 증가되므로 역률 보상과 수용가의 연간 최대 전력 사용량을 기준으로 수용가에게 적절한 보상과 벌칙성 요금 체계로 발전하고 있습니다.
① 단상 전력 요금과 3상 전력 요금은 차이가 없습니다. (3상 40[W]와 단상 40[W]를 쓰신다면 전력량이 같기 때문에 요금도 같습니다.)
② 40[W] 100개를 10시간 쓰시면 40×100×10=40[kWh]입니다. [kWh]당 70원이라면 40×70=2,800원 입니다
③ 그밖에 전기요금에는 기본료 (조건에 따라 다름)+전력산업기반기금(4.591[%])+부가가치세(10[%])가 붙습니다. (※10원 미만은 절사)
④ 전기요금 절약방법 : 연간 최대전력량 감소로 기본료를 낮추고, 역률 개선을 통한 보상으로 요금 절감이 가능.
⑤ 전기요금은 한전 홈페이지에 가시면 쉽게 계산할 수 있도록 프로그램화 되어 있습니다.

[질의] : 배전 계통의 전력 공급방식에 대하여 N상(중성선)과 E상(접지선)관계  
현재 22,900/380-220[V]를 사용하고 있습니다. N상과 E상을 체크한 결과 약 2[V]의 전압이 나타나는데요. 이것이 정상인지와 독일의 전력방식을 알고 싶습니다.

[회시] 1. N상(중성선)과 E상(접지선)과의 전위차
가. 중성선에는 부하 불평형 전류와 영상분인 제3고조파 전류가 흐르며, 이때 중성선의 길이에 대한 임피던스와 영상분 고조파와의 관계로 인해 중성선과 접지선에서 전압이 측정될 수 있습니다.
나. 접지 측 선로 또는 접속부의 불량으로 임피던스가 증가 되었을 경우
다. 변압기의 1상 결상으로 중성점이 이동한 경우 등.
2. N상(중성선)과 E상(접지선)과의 전위차가 5[V] 이상이면 접지 계통을 재조사하여 이하가 되도록 시설 개선이 필요합니다.
3. 독일의 전력방식 : 한국전력기술인협회 전력기술지원센터 홈페이지의 “전력기술자료실/기타기술자료” 에서 세계 각국의 주파수 및 전기방식을 참고하시기 바랍니다.

<출처> 전력포털 EPIC (www.epic.or.kr)