배전계통의 전력 공급방식에 대하여

배전계통의 전력 공급방식에 대하여 

[질의] : 배전계통의 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.

[질의] : Y 결선에서 단상부하 사용 시 N상 전류값 구하는 방법  

전등, 전열 변압기에 흐르는 전류가 R:250 S:270 T:240 N:230으로 고조파 영향인지 모르겠지만, N에 많은 전류가 흐르는 상태입니다. 만약 상기 각상의 전류가 모두 단상 부하라고 할 때 N상에 흐르는 전류의 값은 얼마나 되는지요?

그리고 만약 N상에 고조파 성분에 의하여 과전류가 흐르는 상태라면 고조파 제거용 필터를 설치 시 어느 정도의 예산이 들어가는지요? 그리고 설치 방법은 어떻게 하는지요?

변압기의 용량은 3상 4선식의 250[kVA]입니다.

[회시]

1. 기본파 전류 60Hz의 각 선전류를 R=250[A], S= 270[A], T=240[A] 이고, 불평형 전류를 가정할 때 중성선에는 어떤 크기로 전류가 흐르는지 부터 설명 드리겠습니다.

즉, Ia=250[A], Ib=270[A], Ic=240[A]일 때, 각 선의 전류는 120°씩 위상차가 있으므로 벡터 합성을 하여야 합니다.

따라서, 중성선의 전류는 Ia∠0+Ib∠-120。+Ic∠-240。=26.5[A] 만 흘러야 합니다. 그러나 귀하의 사업장은 중성선 전류 측정값이 230[A] 만큼이나 흐르고 있습니다.

이러한 현상은 귀하의 사업장과 같이 단상부하가 집중되는 경우, 발생하는 사례입니다. 가령, 사업장의 용도가 업무용 빌딩이라고 하면, 단상부하의 종류는 컴퓨터, 팩스, 복사기, 전자식 형광등, 기타 정보통신기기를 예를 들 수 있습니다.

이러한 부하들은 전형적으로 제 3고조파(영상분; 동상) 전류를 발생시키며, 이로 인하여, 중성선의 전류는 기본파 전류 60[Hz]처럼 서로 상쇄되지 않고, 중첩되어 합성되기 때문에 중성선에 과대한 전류가 흐르는 것입니다.

2. 이 때문에 나타나는 영향은 다음과 같습니다.

가. 변압기 출력감소 (제 3고조파의 실효값과 최대치 Crest Factor는 1.44배가 아니라 2.5배임)

나. 저압 콘덴서 유입전류 증가 (8?13[%] 정도의 리액터가 없는 경우)

다. 배전용 분전함의 중성선과 접지선 간에 전위차 발생 (5[V] 이상은 대책이 필요함)

라. 기타 케이블 또는 배선용 차단기의 과열 (용량이 부족한 경우)

3. 이에 대한 대책기술로써, 필터에 의한 대책일 경우는 비용이 너무 크게 발생하기 때문에 바람직하지 않습니다.

따라서, 중성선의 제 3고조파 전류만, 억제하는 경우라면, NCE(중성선 전류 억제기기)라는 대책기술이 적용되고 있으며, 보다 정확한 설치위치와 용량 계산은 고조파 실측을 통하여 설계할 수 있습니다.

예를 들어, 고조파 전류 영향으로 중성선의 전류가 230[A]일 때, 약 2배 정도의 Factor를 적용하면, NCE 500[A]를 설계할 수 있습니다.

※ 제조업체에 문의한 결과 제작 및 현장 설치비를 포함하여 현재 약 1,300만원 정도라고 합니다. 비용은 변동이 있을 수 있으며, 고조파 실측 및 분석이 필요한 경우는 별도의 엔지니어링을 수행한 후, 대책기술 적용 여부를 판단하실 수 있습니다.

[질의] : UPS의 정전압 220[V]에 280[V]가 측정되는 이유는? 

우리 회사 UPS표시창에 입력창에 220[V]가 표시되어야 하는데 280[V]가 측정되는 이유는 무엇일까요?

3상 4선식에서 상당 √3배 해야 220[V]가 나타나는 것으로 알고 있는데 UPS의 PCB가 문제일까요?

[회시]

UPS(무정전 전압장치)는 교류 입력(단상, 3상)을 제공 받아 축전지 등을 이용하여 직류전력으로 저장한 후 정전 등으로 입력 전원이 차단되면 저장된 직류 전력을 “전력 반도체 소자”를 이용하여 3상 또는 단상교류 전력으로 공급하는 장치입니다. 

따라서 질문하신 입력 전력의 표시가 280[V] 이면 우리나라에서 사용하는 UPS의 경우 단상 또는 3상인 경우라도 교류 220[V], 380[V]가 되므로 입력 표시부의 오류인 것으로 판단됩니다. 

따라서 측정계기의 오동작이 될 수 있으니 디지털 계기가 아닌 아날로그(바늘지침)측정계기로 전압을 측정해 보세요. 전압측정 위치는 “입력 및 출력 표시등 단자” 와 “입력 및 출력 동력선 즉 동력 공급 1차 측 MCCB 및 2차 측 MCCB 단자”의 실제로 공급되는 전압을 비교하면 PCB가 문제인지 금방 알 수 있어요. UPS 출력은 단상 2선, 3선식과 3상 3선식이 주로 사용되며, 전압은 교류 110[V], 220[V], 380?415[V]가 사용되고 있습니다. 자세한 것은 해당 제품의 도면을 참고 하세요.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 배전계통의 전력 공급방식에 대하여