‘차단기 소요된 총 전류’ 아니라

‘차단기의 각 극에 흐르는 전류’가 맞아

Q. VVVF에 대해 공부하다 궁금증이 생겼습니다. VVVF는 인버터라는 걸 기본적으로 이용한다네요. 상용전원(교류)이 들어오면 보통 직류로 변환하고, 인버터가 직류를 다시 교류로 변환하여 원하는 교류 파형을 내주어 모터의 속도를 제어할 수 있다고 결과를 얻었습니다.

인버터, 컨버터가 무엇인지는 알고 있습니다.

한전에서 교류를 받으면 다운시켜서 사용하면 되는데, 왜 교류를 직류로 바꾸고 다시 직류를 교류로 바꿔서 사용하나요? 주파수를 올리고 낮추는 걸로 전동기속도가 어떻게 높아지고 낮아지나요?

A. VVVF에서 교류-직류-교류의 변환은 말 그대로 전압의 크기 및 주파수를 가변하기 위해서 그러합니다. 인버터 내에서 직류-교류 변환 시 스위칭소자에 의해 전압의 크기 및 주파수를 조절할 수 있기 때문이죠.

참고로 UPS에서 교류-직류-교류를 이용하는 이유는 직류는 저장할(축전지) 수 있어 그렇게 변환하는 것이고요. VVVF 방식은 전압과 주파수를 가변할 수 있어 일정한 토크를 얻을 수 있기 때문입니다.

토크는 전압의 자승에 비례하므로 만약 전압을 낮추면 토크는 자승에 비례하는 만큼 감소하게 됩니다. 이때 전동기의 유기기전력(역기전력)=4.44 kfn 파이(k 권선계수)도 작아집니다. 그런데 만약 주파수는 일정하다면(60헤르츠) 역기전력은 감소하였으므로 자속파이가 감소하게 됩니다. 4.44, 권선계수, 권수(N)는 일정하므로 따라서 토크=k 파이 Ia(전기자전류) 또는 EI=오메가 타우(토크)

토크=입력(EI)/오메가(2 파이 f 혹은 2 파이 N/60)에서 토크(회전력)가 감소합니다.

대신에 부하가 정토크를 요한다면 전류는 증가하게 됩니다. 이것은 또한 역기전력이 리액턴스(전류제한)로 작용하는데 리액턴스가 작아지는 꼴이므로 전류가 더 흐르게 되겠지요.

또는 자속은 전류에 비례하므로 부족한 자속을 보상하기 위해 그에 맞는 전류가 더 흘러 부하 토크를 내야 하기 때문이지요. 그러므로 전압과 주파수를 같이 조정해 주면 토크가 변하지 않게 됩니다.

Q. 안녕하세요. 시설관리 초보인데 한전 정전 후 비상발전기 가동이 안 돼서 배터리 교체 진단받고 배터리 교체해서 비상발전기 가동까지는 됐는데 비상전원 투입이 안 돼요. (비상전등, 승강기, 소방라인 전원투입이 안 돼서 수동 투입했습니다) 난감합니다. 또 정전되면 어찌해야 하는지 발전기 수동투입해 봤는데 한번은 전압이 220V 나왔고 저전압램프 들어 왔는데 다시 작동해보니 380V 정상으로 나오네요.

A. 비상발전기는 그냥 장소만 차지하는 고철이 아니란 걸 아셨겠네요. 좋은 경험입니다. 사실 한전에서 정전될 일 없으면 비상발전기는 고철 취급할 정도로 유지관리에 소홀하게 되는데 정전이 되거나 특고압 쪽에 공사나 점검이 있을 시에 그제야 제 값하는 게 말 그대로 비상발전기인 만큼 다른 건 못해도 최소한 본적으로 시동은 되고, 부하 절체하여 부하운전은 될 수 있을 정도로만 운용법을 아시고 다루시면 됩니다.

배터리는 대개 무보수 밀폐형으로 충전장치가 없으면 조금씩 방전이 진행되어 몇 달 후 회복 불능 전압까지 떨어지면 그제야 아무리 충전해도 소용없습니다. 그러므로 기본적으로 충전장치를 확인하여 상시 충전하시고 별도의 충전장치가 내장되지 않았다면 반드시 구매하셔서 장착하시기 바랍니다.

발전기가 가동하면 ACB라는 차단기가 들어가야 부하로 비상전원이 공급됩니다. ACB차단기는 발전기를 평소에 자동으로 두면 정전 시 발전기 기동, 전압확인이 되면 자동으로 투입됩니다. 만일, 발전기를 평소에 수동으로 두었다면 정전이 되어도 발전기는 자동기동되지 않으니 항상 자동에 놓고 사용하셔야 합니다.

발전기 출력전압은 380V가 정상인데 전압이 헌팅한다든지 하는 이상한 전압이 뜬다면 자동전압 조정기(AVR)의 불량으로 추정됩니다. 이 경우엔 같은 제품의 AVR로 교체검토가 필요합니다.

Q. 요즘 전선 굵기 산정업무를 하다 보니 유동전동기(저압 440V) 기동 시를 기준으로 전선 굵기를 산정하는데 우선 기준에는 전동기 기동 시 모터 단자에서 15%까지, 상 윗단 BUS에서 10%까지라 정해져 있습니다.

질문 1) 그런데 이 15%, 10%라는 것이 정격전압을 말하는 것인지요?

예를 들어 기동 전에 BUS에 104%가 걸리고 기동 후에 92%가 걸린다고 하면(104%이면 440V×1.04) 전압변동의 차이는 12%로써 기준을 만족 못하지만 정격전압 기준으로 보면 90% 이상이므로 기준에 만족하게 되고요. 그리고 모터 단자에서는 15%까지 허용하니 85%(440V×0.85 =374V) 이상이 되어야 하는 건지요? 아니면 기동 전과 후의 차이가 15% 미만이어야 하는 건지요.

질문 2) 전동기 기동 시에는 PF(역률)가 평소보다 낮아져 20% 가까이 떨어진다고 알고 있습니다. 하지만 모터용량마다 조금씩 달라지는데 이를 일괄적으로 20%로 적용해도 되는 건지요? 이렇게 산정한 경우 실제 운전 시 보통 문제가 없는지요?

A. 기본적인 것만 얘기합니다. 전동기가 기동할 때 전동기 자체의 전압 Drop은 문제가 되지 않습니다. 단, 전동기를 기동할 때 같은 전원을 사용하는 기기의 전압이 문제입니다.

하여 그 영향을 줄이기 위하여 기동보상도 하고 Y-델타, 리액터 기동을 하는 것입니다.

그래서 설계 시 전선의 굵기는 운전 시의 정격전류를 가지고 하는 것입니다. 기동 시 다른 전기기기들이 영향을 받지 않을 정도의 전압이면 됩니다.

기본적으로 전기기기의 사용전압은 ±10%이기 때문에 기동 시 전원의 Drop이 ±10% 이상 Drop이 되면 안 됩니다. 그 전압은 Main Bus의 전압이 아니고 기기의 말단 전압입니다. 그리고 역률도 기동 시의 역률은 20~30% 정도밖에 되지 않습니다. 그래도 역률보상은 운전 시의 역률로 계산하여 보상을 합니다.

Q. 전기제품이 누전일 때 쉽게 확인하는 방법은 회로에 물려 있는 전기 제품의 플러그를 모두 뺀 후에 하나씩 꽂아서 차단기가 떨어지는 것을 찾으면 된다고 합니다만, 이런 방법 말고 메가테스터기, 멀티테스터기, 후크메타(클럼프 메타)가 있을 때 이들 측정기구를 이용해서 전기제품의 누전 여부를 확인하는 방법 좀 상세히 알려주시면 감사하겠습니다.

A. 메가테스터기, 멀티테스터기는 정도의 차이이지 원리는 같습니다. 측정기 내부에 있는 건전지의 전압을 측정코자 하는 누전이 의심스러운 곳의 전로와 기기의 외함에 가하고 전류가 흐르는 것으로 누전 여부를 측정하는 것입니다.

메가는 고전압을 만들어 회로에 가하는 것으로 고절연을 요하는 고전압기기에 주사용을 하고 일반 TESTER는 자체 전압으로만 회로에 가하기 때문에 전자기기 등의 접지&단락 등을 측정하는 데 사용합니다.

대부분 500V 미만 250V까지는 500V로 측정하고 150V 이하는 150V로 고압기기는 1,000V 메가로 측정을 합니다. 그리고 TESTER로는 고절연을 측정키 어려우나 요즘은 TESTER로도 절연을 측정할 수 있는 제품이 많이 출시되고 있습니다.

누전이라 함은 전기가 새는 것으로 전류가 비정상적인 곳으로 흐르는 것을 말합니다. 하여 누전을 측정할 때 기기의 외함과 전기선 등과 저항을 측정하면 됩니다. 일반 가전제품의 누전 여부는 플러그를 뽑고 플러그의 두 극을 각각 가전제품의 금속으로 된 외함과 저항을 측정하면 됩니다.

누전되면 전류가 흘러 저항값이 적게 나오고 누전이 되지 않으면 전류가 흐르지 않기 때문에 저항값이 높게 나옵니다. 그 단위를 Ω∼MΩ∼GΩ∼TΩ 등으로 얘기합니다. 220V 전기사용 시 규정상으로는 0.2MΩ(200,000Ω) 이상이 되어야 합니다. 기본적으로 후크메타로는 누전을 측정하지 않습니다만 후크메타에도 저항을 측정할 수 있도록 만들어져 있어 저항측정을 통하여 간이 측정을 하는 것입니다.

Q. 등용 천정 전선에 3가닥의 전선이 있는데 1개의 파란색, 2개의 초록색 전선이 있습니다. 스위치가 2개인 전등의 각각의 스위치가 하나씩 초록색 선에 걸려 있고 파락색 선을 공통으로 사용하는 것은 확실한 것 같습니다.

그런데 여기서 무엇이 중성선이고 무엇이 전원선인지 구분을 못 하겠습니다. 정상적으로는 분명히 스위치선인 초록색이 전원인 활선이어야 하는데 상황 1) 초록 한선과 파랑선을 테스터기로 찍으면 전압 220V가 나옵니다. 그러니 분명히 하나는 전원이고 하나는 중성이라는 것은 확실합니다.

상황 2) 초록과 초록을 찍으면 전압이 뜨지를 않습니다. 그래서 색도 초록이고 전압도 없어 중성선으로 알고 있었는데 답변해주신 분들도 그렇고 정상적으로는 스위치 쪽이 전원부분이라 혼돈이 옵니다. 전원이라도 같은 전위라 전위차가 없어 전압이 안 뜨는 경우인지 참 혼란스럽습니다. 그래서 정확한 구분이 필요한데 당장 검전 라이버는 없고 테스터기는 있는데 테스터기로 구별하는 법은 없는지요?

A. 아무리 오래된 집이라 하여도 두 선 중 하나는 접지와 동전위인 중성선입니다. 그것은 변압기에서는 접지하였다는 것입니다. 하여 두 선 중 하나는 접지와 전압이 0V라는 것이지요.

하여 두 선을 각각 대지에서 올라온 금속체(수도관과 같은)와 전압을 측정하면 전압이 아주 안 나오거나 적게 나오는 선이 중성선입니다.

Q. 전기안전관리자로 있는 초보 직장인입니다. 한전에서 수전하는 설비의 용량이 높으면 한전에서의 손실분이 감소하여 그에 따라 역률보상금으로 지원금을 지원해주는 걸로 알고 있습니다.

그렇다면 수전하는 Main 변압기의 역률은 95% 이상으로 이상이 없는데 이 Main에서 수전받아 현장으로 가는 변압기의 역률이 90% 이하라면 어느 곳의 손실인가요? 이 역률을 개선하면 전력사용량 절감에 도움이 될까요?

A. 손실은 대부분 선로손실인데 상기와 같은 현상이라면 Main 변압기에서 현장으로 가는 변압기 사이의 손실입니다. 당연히 전력비 절감에 도움은 됩니다.

그 손실은 전류에 의하여 계산할 수 있습니다. 전류가 클수록 그 효과는 더 크게 됩니다.

하여 가능하면 Condenser는 현장의 변압기에 설치하는 것이 가장 효과가 좋습니다. 만약 역률을 개선하여 저항은 1Ω이고 100A(6,600V에서 1,000A가 900A로)가 줄어들었다면 전력손실은 1,0002×1에서 9002×1로 1000,000에서 810,000으로 190kW의 전력 손실을 줄일 수 있는 것입니다.

Q. 한 차단기에 각상 전류를 측정했어요. R상에 10A, S상에 9A, T상에 10A로 측정됐습니다. 그럼 그 차단기에서 소요된 총 전류를 29A로 생각해도 되나요? 29×루트3을 한 값은 총 선전류라 생각해도 되나요? 회원님들께서 비웃을 수 있는 질문이지만 저희한테는 엄청난 도움이 됩니다. 제발 답변 부탁해요.

A. ‘차단기에 소요된 총 전류’라는 표현은 맞지 않는 표현입니다. 왜냐하면, 차단기는 단순한 접접으로 구성되어 있어 저항이나 콘덴서와 같이 전기를 소비하는, 소모하는 임피던스 성분이 없기 때문입니다.

정확한 표현으로는 ‘차단기의 각 극에 흐르는 전류’라고 표현하는 게 좋겠습니다. 그러므로 29A, 루트3×29A라는 표현도 맞지 않고요. 차단기의 정격전류는 각 극에 흐르는 전류를 가리킨다 보시면 됩니다. 예를 들어 차단기의 정격전류가 100A라면, 각 극에 흐르는 전류가 100A까지 걸 수 있는(또는 흘릴 수 있는) 그런 차단기라고 이해하시면 되겠네요.

Q. 안녕하세요. 동기발전기를 공부하다 헷갈리는 게 있어 질문 드립니다. 유도전동기는 부하에 따라 슬립이 변하면서 회전수도 달라지는데 동기발전기는 항상 속도나 주파수가 똑같나요? 제가 생각하기에는 갑자기 부하가 변하게 되면 회전속도도 변하게 되고 주파수도 따라서 변할 것 같은데, 그래서 변하는 회전속도를 맞춰주려고 여자기에 전압을 더 인가해서 회전수를 맞출 것 같다는 생각이 듭니다. 동기기가 역률이 항상 1이라는 것은 전동기에만 해당하는 건가요?

A. 1. 동기발전기와 주파수와의 관계

1) 전동기는 외부에서 주어지는 주파수와 똑같은 회전수를 유지하는데 발전기는 반대로 일정한 주파수를 만들어야 합니다.

2) 발전소 대부분은 동기발전기를 사용하며 그 동기발전수의 회전수가 주파수이므로 주파수 60Hz를 기준으로 회전합니다.

3) 주파수를 60Hz로 유지하기는 방법은 부하가 증가하면 기계적 입력(증기, 물의 양, 연료의 양)을 증가시켜줘야 합니다. 여자기에 전압을 인가하는 게 아니라 조속기를 조정하여 입력을 크게 합니다.

4) 부하가 증가하면 주파수가 떨어지고 발전기의 입력을 올려서 주파수를 60Hz에 맞추는 것이 조속기의 역할입니다. 이러한 과정을 부하 추종이라고 하며 주파수의 변동폭은 60±0.1Hz로 유지합니다.