일반 가정에서 사용하는 전기는 110V와 220V이지만, 전주의 배전선(配電線)에는 22,900V라는 높은 전압으로 보내지고 있다. 발전소와 변전소를 잇는 고압송전선(高壓送電線)에는 15만 4천V에서 34만 5천V라는 대단히 높은 전압으로 송전되고 있다. 전압이 높으면 그만큼 위험성도 많기 때문에 송전선도 지상에서 높이 가설해야 하고, 철탑도 키가 높은 튼튼한 것을 사용해야 한다.
그렇다면 어째서 그런 고전압으로 송전하는 것일까. 잘 알려져 있지 않은 사실이지만, 에디슨은 저전압의 직류송전을 지지했다. 그래서 미국에서 처음 발전소가 건설되었을 때, 에디슨은 110V의 직류전기를 송전하도록 지도했던 것이다. 그리고 발전소에서 가까울수록 굵은 전선을 사용하고 멀어질수록 가는 전선으로 가정에 배전했다. 그러자 발전소에 가까울수록 전구가 밝아진다는 문제점이 발생했다. 하지만 교류전기의 경우, 이러한 일은 일어나지 않는다. 교류는 변압기로 전압을 자유로이 올리고 낮출 수 있기 때문이다.
그렇지만 직류로는 이러한 변압이 간단하지 않다. 변압기로 교류전기의 전압을 높여서 송전하면 전선을 굵게 하지 않아도 멀리까지 송전할 수 있는 것이다. 물론 에디슨은 변압기에 대해서도 알고 있었다. 그러나 고압의 교류전기의 위험성에 대해서 우려한 나머지 그런 고안을 했던 것이 아닌가 여겨진다.
그러나 에디슨의 의도와는 달리 점점 교류 송전선망(送電線網)이 확대돼, 더욱 높은 전압으로 송전했다가, 공장이나 집 근처에 와서 다시 전압을 낮춰 쓰고 있다. 물론 이 다음부터는 여전히 에디슨이 발명한 전등에 불을 켜고 있다. 그렇다면 전압을 높게 하면 구체적으로 어떤 이점이 있을까.
송전선은 거리가 길어질수록 전선에 의한 저항도 상당히 커진다. 그 때문에 전기저항이 큰 송전선에 전류가 흐르면 큰 주울열이 발생하고 이것이 손실로 돼 없어져 버린다. 더구나 이 손실은 (송전선의 전류)2x(전선의저항), 즉 I2R(W)라는 형태로 전류의 제곱에 비례하므로 전류가 클수록 손실은 더욱 많아진다는 것을 알 수 있다. 그래서 송전전압을 높여서 송전하면 그만큼 전류를 적게 할 수 있는 것이다. 또는 같은 손실이라면 전선을 가늘게, 시설비를 적게 들여도 될 것이다.
즉, 같은 전력이라면 전력=전압×전류, P=VI(W)의 관계가 성립돼 V를 크게 하면 I를 적게 해도 된다. 전류를 적게 함으로써 열 손실을 적게 하는 것이 이상적이긴 하지만, 그렇다고 전압을 무한정 높일 수는 없다. 송전선의 전압을 높게 하면 전선의 둘레에 코로나 방전(放電)이라는 방전현상이 일어나 도리어 전력손실이 오기 때문이다. 또 애자(碍子)도 큰 것을 사용해야 하기 때문에 시설비가 늘어난다. 결국 전체의 조건을 고려해서 전압을 정하는 것이다.

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.