스마트그리드, 2016년 세계시장 125조원 전망

올해도 역시 스마트그리드(Smart Grid, 지능형 전력망)에 대한 관심은 높았고 전망도 밝았다. 최근 열린 국제그린에너지 컨퍼런스에선 스마트그리드가 차세대 녹색에너지 시장을 주도할 것이라는 전망했다.

피에르 나뷰르스 스마트에너지콜렉티브 회장은 스마트그리드 산업을 3차 산업혁명에 비유하며 미래에 폭발적인 성장을 예상했다. 외국 시장조사기관들은 2016년 세계 스마트그리드 시장 규모를 61조~125조원 수준에 이를 것으로 내다봤다.

또한 스마트그리드가 녹색에너지 활용 극대화를 촉진하는 차세대 전력공급망 역할을 하게될 것이라는 전망도 우세하다.

차세대 전력망 시스템 ‘스마트그리드’는 특히 전력수급난의 대안으로 자주 거론된다. 전력수요를 지능적이고 효율적으로 관리, 제어해 합리적인 소비로 이어질 수 있기 때문이다.

정부는 2030년 110조원 이상의 스마트그리드 시장 창출을 가져올 것이란 장밋빛 전망을 내놓고 있다.

정부는 2009년 11월 스마트그리드 추진전략을 발표한 이후 2009년 제주 실증단지 구축, 2010년 국가 로드맵 수립, 지난해 11월 지능형전력망법 제정 등 산업 육성을 위한 관련 절차를 순차적으로 밟아왔다.

초기시장 창출을 위한 정책방안으로 제1차 지능형전력망 기본계획을 통해 스마트계량기, 전기차 충전기, 에너지저장장치 등 관련기기 보급사업을 적극 나서고 있다.

2016년까지 핵심기기 보급 대폭 확대

2016년까지 5개년의 사업계획을 담은 1차 기본계획은 핵심기기 보급과 지능형 수요관리 시장 운영, 서비스 사업 육성 등 세부 사업방안과 투자계획 등을 담고 있다.

정부는 초기시장 창출을 위해 우선 핵심기기 보급 확산에 주력한다는 방침이다. 스마트계량기(AMI)를 2016년까지 2가구당 1대꼴로 보급을 늘려 기존 기계식 계량기를 AMI로 교체할 계획이다. 계획대로만 되면 지난해 72만대(3.6%)에 불과했던 AMI 보급량을 2016년 1,000만대(50%)까지 대폭 늘어나게 된다.

전기차 충전기 보급도 크게 증가한다. ‘그린카 산업 발전전략 및 과제’의 전기차 보급목표와 연계해 2016년까지 전기차 충전기 15만기를 설치해 전기자동차 보급을 촉진할 계획이다. 아울러 연내 국가단위 충전 인프라 구축계획을 수립, 충전전력 사용정보와 충전소 위치 등 실시간 정보제공 체계도 마련키로 했다.

1만kWh 규모의 실증단계에 머물고 있는 에너지저장장치도 2016년까지 20만kWh 규모로 늘릴 계획이다. 이는 1만7,000여 가구가 하루 동안 사용할 수 있는 전력량이다. 이를 통해 상가나 빌딩 등에서 전기요금이 낮을 때 충전하고, 높을 때 방전함으로써 전력수요와 요금절감을 유도한다는 계획이다.

이를 통해 수요관리사업자, 전기차 충전사업자, 에너지저장사업자를 육성하고, 스마트계량기·충전기·배터리등 제조업을 활성화한다는 구상이다.

스마트그리드, 지능형수요관리제도 등 활용 기대

지능형 수요관리 제도와 다양한 차등요금제 등도 도입된다. 이들 제도는 기기산업과 함께 초기시장 형성에 핵심역할을 하게 될 것으로 기대를 모으고 있다.

특히 지능형 수요관리 제도는 스마트그리드 기술력을 활용한 전국단위 수요반응(DR) 서비스 사업으로 다양한 사업자 참여를 기반으로 하게 된다. 수요관리사업자가 상가·빌딩 등과 계약해 감축 가능한 수요자원을 확보해 입찰에 붙인 뒤 전력거래소 감축 지시에 따라 수요를 줄이면 인센티브가 지급되는 방식이다.

기존 한전과 전력거래소가 운영하던 부하관리 프로그램이 수요감축에 반응하는 속도가 느리고 대용량 수요자원을 대상으로 하는 한계가 있었지만 이 제도는 AMI, EMS(에너지관리시스템) 등 스마트그리드 기술을 활용하기 때문에 반응이 빠르고 소규모 수요자원 확보가 용이해 상시체제 운영도 가능하다.

눈에 띄는 점은 수요감축 이행에 따른 정산금뿐 아니라 용량대기에 따른 정산금도 지급된다는 것이다. 사업장이든 일반 건물이든 일정 부분 손해를 감수하고 수요를 줄여야 하는데다 일단 시장에 자원을 등록하면 연간 대기상태에 놓여야 하기 때문이다.

이는 현재 발전기 입찰시장에서 입찰에 참여한 발전기가 가동지시를 기다리며 대기하는 데 드는 비용을 보전해주는 것과 같은 개념이다.

앞서 최근 LS산전, 금호이엔지, 우암코퍼레이션, 씨브이네트, 하이텍이피씨, 벽산파워, KT 등 7개사는 지능형전력망 사업 가운데 수요반응 서비스 사업자로 등록했다.

이들 업체는 전국 단위의 소규모 사업장이나 건물주들을 대신해 수요자원을 발굴하고 활용하는 서비스 업무를 수행하게 된다. 사업이 활성화될 경우 에너지 컨설팅이나 통합검침 등 각종 부가서비스가 접목될 가능성도 높다. 전력거래소는 오는 6월께 지능형 수요관리 시장을 개설해 용량을 확보한 뒤 7월부터 본격 시행에 들어갈 계획이다. 이를 통해 2016년까지 원전 1기에 해당하는 120만kW 규모의 지능형 수요관리 자원을 확보한다는 방침이다.

또한 정부는 제주실증단지 운영 결과 등을 고려해 다양한 차등요금제를 단계적으로 도입, 실시간 요금제 운영기술을 확보하고 차등요금제 확대와 피크요금제 실시 등을 통해 소비자 선택권을 강화해나갈 계획이다. 특히 지난해 8월부터 올해 1월까지 1,000여 가구를 대상으로 시행해온 주택용 선택형 차등요금제 시범사업을 확대하는 방안도 검토하고 있다.

배터리 폭발 사고사례

1. 사고개요

가) 발생일시: 2007. 00. 00, 날씨 : 맑음

나) 사고종류: 배터리 폭발사고

다) 발생장소: 경남(발전기실)

라) 전압 및 용량: 380/220V 104kW(연속출력)

마) 피해상황: 양쪽안구 화상

2. 사고내용

○ 양계장을 운영하는 농가에서 정전을 대비하여 D사에서 제작한 수냉식 발전기(1991. 05제작)를 운용하고 있었으며 사고 당일 재해자 등 2명이 비상용발전기 가동과 충전기, 배터리의 상태를 확인하기 위해 현장에 도착했다.

○ 재해자가 무보수밀폐형의 배터리 전압을 측정하고 발전기반에 있는 동행한 작업자에게 발전기를 가동하도록 주문하는 한편, 발전기의 가동상태를 지켜보기 위해 배터리 앞에 서서 발전기를 주시하고 있었다.

○ 동행한 작업자가 발전기반에서 기동(START) 버튼을 눌러 발전기를 가동하는 순간 “펑”하는 소리와 함께 배터리가 폭발·비산하여 전해액과 함께 파편이 튀어 재해자의 안경이 파손되고, 안구에 화상을 입은 사고이다.

3. 사고 원인

전해액의 감소에 따라 전극판이 노출되었으며 극판의 성장, 활물질의 탈락, 양극판 상부에 분납이 침착된 후 일부가 극판사이에 떨어져 발전기 가동시 기동전류(약 200A)에 의해 아크가 발생하여 폭발한 것으로 추정된다.

4. 문제점

가. 충전전압이 높음

나. 배터리 표시장치를 충분히 확인하지 않음

다. 발전기 가동 시 배터리 폭발에 대한 안전의식 부족

5. 사고 재발 방지 대책

○ 충전기의 충전전압 확인

- 배터리 제작사별로 다소의 차이는 있으나 발전기용 배터리의 충전전압은 다음 표와 같이 유지하여야 한다. 충전전압이 높거나 낮은 경우 충전기 내부에서 조정이 가능하나 정밀한 조정을 위해 제조회사의 A/S를 받아야 한다.

○ 배터리 표시창(Indicator)의 확인

- 배터리 취급설명서에 지시된 대로 표시창을 확인하여 사용, 교체, 충전 등 표시창에 나타난 지시에 따라야 한다.

○ 발전기 가동시 안전 확보

- 배터리 폭발 시 비산되는 커버와 전해액으로부터 개인의 안전을 확보하기 위해 배터리 주변에 작업원의 접근을 금지시키고, 안전이 확보된 다음 발전기를 가동하여야 한다.

Special Report l ESS / 기술현황

경제성 우수해 가전 교통 등 활용 무궁무진

에너지저장 시스템(Energy Storage System)은 전력 공급 안정화, 신재생에너지 확산 등의 부가가치를 창출하는 녹색 분야의 핵심 기술이다. ESS는 환경 친화적이고, 경제성이 좋아 가전, 교통, 전력망 등에서 활용되는 유망한 신산업이다.

전력저장장치(ESS)는 리튬이온전지와 같은 기존의 중소형 2차전지를 대형화하거나 회전에너지, 압축 공기 등 기타 방식으로 대규모 전력을 저장하는 설비를 말한다. 생산된 전력을 계통계통(Grid)에 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기에 공급해 에너지효율을 높이고 전력피크 관리에도 효과적인 수단이다.

ESS는 경부하시 유휴전력을 저장하고 과부하시 전력을 사용함으로써 첨두 부하 분산을 통해 발전소 건설비, 송전선 설치비 등의 투자비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 전력 예비율을 높여 여름·겨울철의 전력 피크와 대규모 정전 사고 등에 효과적인 대응이 가능하다.

아울러, 출력이 불규칙한 신재생에너지원을 고품질 전력으로 변환하는 등 신재생에너지 보급 확산과 동시에, 실시간 전력 거래가 이루어지는 스마트그리드 구현을 위해서도 반드시 필요한 기술이라는 게 전문가들의 견해다.

특히 대용량 전력저장자치의 경우 신재생에너지 확대를 위한 필수 기술로 꼽히고 있다. 발전량과 발전시점이 불규칙한 태양광, 풍력 등 신재생에너지와 결합해 시간대별로 전력공급을 일정하게 조정할 수 있기 때문이다. 에너지저장 없이 신재생에너지 발전량 비율이 10%를 상회할 경우 전체 전력망이 불안정해 질 수 있다는 게 전문가들의 지적이다.

또 ESS는 스마트그리드 구현을 위해서도 꼭 필요하다. 스마트그리드는 공급자와 소비자가 정보를 교환해 에너지효율을 최적화하는 게 핵심요소다. ESS가 있어야 신재생에너지 등 분산전원의 불안정한 전력공급을 효율적으로 제어하고, 가정이나 회사에서 충전된 전력을 피크타임 때 사용하거나 전력회사에 판매할 수도 있게 된다.

선진국, ESS 실증 넘어 사업화 단계 진입

일본과 미국 등 주요 선진국들은 ESS와 관련한 연구개발과 실증을 활발히 추진 중이며, 일부에서는 상용화에 성공하는 등 사업화단계에 진입했다.

일본은 신재생에너지발전소용, 가정용 등 다양한 분야에서 기술개발을 추진하고 있으며, 나트륨-황 전지, 리튬이온전지 등에서 앞선 기술력을 보유하고 있다. 특히 NGK사는 나트륨-황전지 분야에서 세계 시장 점유율이 51%로, 프랑스 EDF와 150MW, UAE와 300MW공급계약을 체결하기도 했다.

미국도 에너지부(DOE) 산하 연구기관인 ARPA-E와 EPRI 등 공공기관과 AES, AEP 등 대형 전력회사 중심으로 기술개발이 이뤄지고 있다.

ARPA-E는 지난 2년간 R&D에 총 9,200만달러를 투자했으며, AES사도 뉴욕 웨스트오버발전소에 20MW급 리튬이온전지를 설치했다.

또 캘리포니아주의 경우 전력회사의 에너지저장시스템 설치를 의무화하는 법안이 통과되기도 했다. 이로써 캘리포니아 전력회사는 2014년 1월 1일부터 최근 5년간의 평균 공급전력의 2.25% 이상을 ESS를 이용해 공급해야 한다.

독일과 프랑스도 양국이 공동으로 Solion프로젝트를 추진하고 있다. 이 프로젝트는 태양광 주택의 에너지 자급을 위한 리튬이온전지 도입 타당성을 평가하기 위해 약 75개 시스템에 대한 실증사업을 추진 중이다.

앞으로의 연구개발 방향을 보면 50MW 이하는 리튬이온전지와 나트륨-황전지 등의 전지방식이, 50MW 이상은 압축공기저장 등의 대형저장방식이 대세를 이룰 것으로 전망된다.

또 중장기적으로 실시간 전력거래가 가능해지는 스마트그리드 확산에 따라 가정용 ESS 기술개발 수요도 확대될 전망이다.

국내, 기술개발 중 실증단계는 아직

우리나라는 기업과 연구소 등에서 기술개발을 추진 중이지만, 아직 기술과 실증경험 측면에서 선진국보다 뒤쳐져 있는 수준이다.

리튬이온전지와 수퍼 커패시터, 플라이휠은 상용화단계에 도달했지만, 그 외의 기술은 초기 기술개발 단계 수준이다.

기술별 주요업체로는 삼성SDI와 LG화학(리튬이온전지), 포스코(나트륨-황전지), LS산전, 호남석유화학(레독스 흐름전지), 네스켑, LS엠트론(수퍼 커패시터), 전력연구원(플라이휠), 삼성테크윈(압축공기저장) 등이다.

실증 현황을 보면 가정용 ESS의 경우 실증을 추진 중이지만 아직 초기 단계이고, 가장 큰 수요가 예측되는 전력망용 대규모 ESS 실증은 전무한 상태다.

기술별로는 상용화와 실증과제의 증가로 인해 리튬이온전지 분야의 R&D 예산 규모가 가장 많다. 지원기관은 초기 연구소 위주에서 최근에는 대기업 비중이 높아졌으며, 실증사업의 경우 삼성전자와 한전 등 대기업 위주의 실증사업이 진행 중이다.

앞으로의 투자방향은 단기적으로 상용화 R&D와 실증사업에 지원하고, 중장기적으로는 원천기술개발 지원을 확대할 계획이다.

정부는 또 에너지저장 실증을 통한 산업화도 촉진해 나갈 계획이다. 리튬이온전지 등 바로 설치가 가능한 기술을 우선 실증하고, ESS 운영기술을 확보해 국제표준화를 주도할 계획이다. 또 2.5GW 서남해안권 대규모 풍력단지와 새만금 풍력단지 등과 같은 대규모 신재생에너지단지의 발전원과 연계해 ESS실증도 추진할 방침이다.

ESS(Energy Storage System)는 전력제어장치인 PCS(Power Conditioning System), ESS 전반을 실시간으로 관리하는 EMS(Energy Management System), 배터리(2차전지), 배터리 상태를 관리하는 BMS(Battery Management System) 등으로 구성된다.

3상이면 3상 UPS가 단상이면 단상 UPS 설치해야

Q. 고조파에 관해 공부하던 중 고조파는 비선형 부하(반도체 전력 소자)에서 주로 발생이 되는 걸로 읽었습니다. 궁금한 것은 왜 정상적으로 공급된 교류전압, 전류가 비선형 부하를 거치면 고조파가 발생이 되는지 그 원리가 너무 궁금합니다.

그리고 왜 고조파는 홀수 즉 3, 5, 7 고조파 이런 식으로 정현파의 홀수 배로만 존재하고 발생하는 것인지도 이해가 안 가네요. 비선형 부하에서 발생한 고조파에 의해서 부하가 먹는 전압, 전류가 왜곡되면 그 부하가 정상적으로 동작할 수 있을까요? 고조파에 대해서 조금 자세히 알고 싶습니다.

A. 고조파 발생사유는 전력변환 소자를 이용하는 정류기, 전자기기 등에서 AC를 DC로 변환할 때 정현파 교류를 일정한 간격으로 직사각형 모양으로 자르는데요. 이때 자르고 남은 부분의 파형에 해당하는 전압, 전류가 전원 측 또는 부하 측의 파형과 합쳐져서 파형을 왜곡시킵니다. 이렇게 왜곡된 파형을 정상파와 직류성분 등으로 분류하면 정상파의 3배, 5배, 7배 등에 해당하는 파형이 분류됩니다. 이를 고조파라고 합니다.

이러한 고조파는 전원 측의 전력설비, 한전 선로 등에 영향을 주고 부하 측의 기기에도 영향을 줍니다. 전류고조파는 전원 측으로, 전압고조파는 부하 측으로 영향을 주는데요. 예를 들어 콘덴서부하 XC, 리액턴스부하 XL의 ω=2πf로 주파수와 관계가 있기 때문에 만약 5고조파(정상파의 5배 주파수)의 전류가 흐르면 임피던스에 5배의 차이가 발생합니다.

Q. 소방공부를 하다 보니 전로 저항과 절연저항이 나오던데 두 가지 차이가 무엇인지 잘 몰라서 글을 올려 봅니다. 얼핏 알기는 하지만 명확하게 말로 표현하려니 잘 안 돼서 질문을 올립니다.

A. 전로 저항은 선로저항을 말하는 것 같습니다. 선로의 저항은 제로가 이상적이나 선로의 단면적에 반비례하고 길이에 비례하는 값을 갖고 있습니다.

직류로 공급할 경우는 선의 무유도 저항만 고려하면 되겠으나 교류의 경우, 선의 유도성 리액턴스도 같이 고려해야 합니다. 선로의 유도성 리액턴스는 무유도 저항성분의 10%(선로 단면적이 작은 경우)에서 50%(선로 단면적이 큰 경우)까지이므로 송전, 전력계통의 계산 시 반드시 고려해야 하는 요소입니다.

이 때문에 전압강하가 발생하고 무유도성 부하를 사용한다 하더라도 역률의 문제도 발생합니다. 비접지 계통의 경우, 선로가 길어질수록 용량성 리액턴스로 인해 충전누설전류가 증가합니다. 이로 인해 비접지 계통에도 작게나마 누설전류가 발생하는 이유가 되고 인체접촉 시 감전의 위험도 있습니다.

이러한 선에서 발생하는 유도성, 용량성 리액턴스의 문제로 인해 전기계산이 복잡해지고 해석이 어려워집니다.

절연저항은 절연 즉, 전기 연결을 끊는다는 뜻으로 전기를 통하지 않게 하는 기술입니다. 모든 장비의 절연저항은 무한대가 되어야 이상적이나 습기, 먼지, 제품품질 불량 등의 이유로 절연이 파괴되어 누전이 됩니다.

Q. 변압기에서 왜 2차 측의 전류값이 더 높게 나오는 겁니까.

A. 단상으로 해석하겠습니다. 3상과 동일합니다. 전력=전압×전류입니다.

전력은 일정한 상태에서 전압이 높은 1차 측은 전류가 낮고 변환된 2차 측 전압은 낮으니 전류가 높아지기 때문에 2차 측 전류가 높게 나옵니다. 예를 들어 전력이 10VA라고 했을 때 1차 전압이 10V이면 전류는 1A이고 변환된 2차 전압이 1V이라고 했을 때 전류는 10A가 됩니다.

Q. 도면해석 공부하던 중 궁금한 점이 있어 질문 드립니다.

도면에 변압기에 관해서인데요. 변압기의 심벌이 그려져 있고 그 옆에 Z=6%@AA 이렇게 적혀 있습니다. 제가 보기에 냉각방식이 AA일 때 임피던스가 6%이라고 해석을 했는데 맞는지요?

그리고 맞는다면 저렇게 임피던스가 적혀 있는 변압기가 있고 안 적혀 있는 변압기도 있습니다. 왜 그런 것일까요?

A. 맞습니다. 안 적혀 있는 경우 동일 용량의 변압기 중 하나만 표기를 하고 그 외의 것을 생략하는 경우도 있습니다.(도면의 경우)

그리고 저압의 변압기는 변압기 제작사 표준 임피던스를 따르기도 합니다.

OLTC +/- 8×1.25%는 변압기에 부하가 연결되어 있을 때도 변압기의 탭(전압조정)이 가능한 조정기가 있다는 뜻으로 기준 전압의 1.25%씩 아래/위로 8단계 그러니까 -10%~+10%까지 전압 조정이 가능하다는 이야기입니다.

Q. 공연장 리뉴얼 공사 시 음향장비의 전원부는 노이즈 제거를 위해서 아이솔레이션 트랜스를 설치하였습니다. 그런데 담당자 의견이 현재 트랜스로 인해서 음향상태가 더 안 좋다고 트랜스를 거치지 않게 해달라고 요청하네요.

문제의 발달은 트랜스를 거치지 않는 1차 측의 n상과 접지선을 전압측정 시는 0V가 되는데 트랜스를 거쳐서 나온 2차 측에서 n상과 접지선을 측정 시에는 4V에서 그 이후의 차단기를 투입 시 점점 전압이 상승하여 110V까지 나옵니다. 트랜스 제작회사에 문의 시 이래저래 해서 나오는 건데 허전압이니 트랜스의 외함과 n상을 묶어주면 괜찮다고 하네요.

제가 궁금한 건 담당자의 의견으로는 n상과 접지선의 전압 때문에 자꾸 음향이 안 좋고 조명기기 고장이 자주 발생한다고 하는 거예요. 허전압일 뿐인데 기기에 영향을 왜 미치는지 궁금합니다.

A. 단상 교류 220V를 사용하는 전자장치의 경우, 전원 측의 극성은 원칙적으로 문제가 되지 말아야 합니다. 단상 220V가 접지계통일 수도 있고 비접지 계통의 전원일 수도 있기 때문입니다.

전자장치의 전원 측은 약전류의 제어전압을 사용하기 위해선 단권 트랜스를 사용하면 안 되고 복권 트랜스를 사용해야 합니다. 복권 트랜스를 사용하고 2차 측에 접지를 잡고 그 접지가 건물의 접지와 연결되어야 완전한 접지가 됩니다.

질문에서는 비접지 계통의 단상 220V 전원(하트럴-하트럴)으로 공급되는 전원이 전자장비에 인가 시 장비에 노이즈가 발생한다는 말인데 전기적인 이론이나 상식으로는 이해하기 어렵습니다.

위에 언급했듯이 전자장비는 전원의 극성을 따지지 않고 받아들여야 하고 내부 전원부에 자체 트랜스와 접지를 구성하여 장비에 전원을 공급하면 되기 때문입니다.

만일, 이러한 기본적인 방법을 무시하고, 전원 측의 한 상이 무조건 0V 전위인 뉴트럴이 공급되어야 한다는 까다로운 장비가 있다면 이는 극히 예외적인 경우로 보이고 장비 전원 측의 구성이 일반적이지 않은 회로로 구성되었을 가능성도 있습니다.

일전에 레이더 구동장치가 110V를 받는 장비가 있었는데 상기와 같은 이유로 정상동작을 하지 않는다 하여 장비의 전원 측에 표기된 대로 110V 한 상을 접지잡아 (하트럴-뉴트럴)로 원하는 전원을 공급하였지만 문제는 해결되지 않았던 전례가 있었습니다.

만일, 복권 트랜스 2차의 한 상을 접지 잡아 문제가 해결되면 다행이겠으나 해결되지 않을 경우 이는 장비 측의 문제도 생각해야 합니다.

Q. UPS 설비를 단상으로 했을 때와 비교해서 3상 4선식으로 UPS 설비를 구축했을 때 장점과 단점에 대해서 알고 싶습니다.(설치비용, 효율, 유지 보수 등)

A. 단상이냐? 3상이냐? 하는 문제는 기본적으로 UPS가 들어갈 전력 계통도에 따르는 것이 가장 원만합니다. UPS는 없어도 한전 전력으로 모든 전력기기를 사용합니다. 전력 계통에서 UPS를 삽입할 때, 현재 사용하는 전력기기가 3상이 있으면 3상 UPS가 설치되어야 하고 단상밖에 없으면 단상 UPS를 설치합니다.

입력전력만을 기준으로 하면 단상 전력 장비의 용량이 30KVA 정도 되면 전력의 균형을 유지하기 위해 입력 3상/출력 단상 UPS를 사용하고 그 이상일 경우는 입/출력 3상 UPS를 사용합니다.(물론 아닌 경우도 있습니다)

전력용량이 10KVA 이하인 곳에서는 입/출력 단상 UPS가 많이 쓰입니다. 3상 UPS를 사용해야 하는 전력계통에 단상 3대를 설치하려면 설치비용과 설치면적이 증가하고 전력계통 전체 효율도 떨어지고(UPS 개별 효율은 높을 수도 있습니다) 유지 보수하는 개수가 증가합니다.

용량이 작은 전력 계통에 5KVA 3상 UPS를 설치한다면 불필요한 비용지출이 되겠죠. 혼자 결정하기 곤란하시면 UPS 설치 계획을 공개하시고 몇 개 UPS 업체에서 납품제안서를 받으세요.

Q. 3상 4선식의 Y 결선의 경우 중성점접지는 어떤 케이블로 하며 전류가 흐르나요?

A. 중성점의 접지선은 GV 사용이 통상적 방법입니다. 그리고 중성점에 CT나 ZCT 등의 보호회로가 없을 시 아주 적정합니다. 하지만 달리 적용하여야 하는 경우가 있습니다.

변압기 중성점 접지방식에서 CT나 ZCT가 적용된 회로이라면 타 접지와의 혼용 사용에 의한 보호가 무용지물이 되므로 혼용을 할 수 없도록 일반 CABLE 사용이 바람직하다고 판단됩니다.

중성점과 접지부 사이에 CT나 ZCT가 있다면 색상을 달리하는 CABLE이 적정하다고 판단됩니다.

CT나 ZCT 등이 채택된 중성점 접지계통에서 일반적 GV CABLE을 사용 시 처음 작업 시에는 그럴 일이 희박하겠지만 향후 타 설비 증설 시 등에서 이 GV에서 TIE를 한다면 CT나 ZCT의 보호회로가 무용지물이 될 가능성이 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 일반적으로 TFR-CV 사용을 권장해 드립니다.

참고로 HRG, NGR의 1차 CABLE도 TFR-CV 사용은 당연하겠지요.

Q. 현장에서 50kW 모터가 새로 입고되었다고 할 때, 케이블과 차단기를 선정해서 공사해야겠는데요. 어떻게들 선정하시는지요?  

A. 케이블 선정은 거리가 60M 이상 시에는 전압 강하식으로 그 이하는 전선의 정격전류를 가지고 합니다. 그러나 기본은 두 가지 방식에서 나오는 굵기 중 큰 것을 선정하여야 합니다.

3상 MOTOR의 전압강하식은 17.8LI/1000e입니다. 차단기 정격전류는 MOTOR 정격전류의 3배로 하여야 합니다.

Q. 인버터제어와 VVVF와 소프트스타터의 개념을 찾아봐도 헷갈리는데요. 쉬운 개념 설명 좀 부탁합니다. 

A. 인버터는 DC의 전압을 AC의 전압으로 변환시키는 전력장치를 말합니다. VVVF는 인버터와 같은 용어로 부르지만, 기본적으로 AC를 DC로 변환하고 그것을 다시 DC에서 AC로 변환하여 SPEED를 제어하는 (전압과 주파수를 제어하는) 전력변환 장치입니다.

소프트스타터는 MOTOR를 기동할 때 MOTOR를 부드럽게 기동키 위하여 기동 시에만 전압을 제어하는 전력장치입니다.

결론은 인버터와 VVVF는 실제 용도는 다르지만, DC를 AC로 전력 변환한다는 의미로 같이 사용하고 소프트스타터 기능도 가지고 있지만, 소프트스타터는 단지 기동 시만 전압&주파수를 변환시키는 전력변환 장치입니다.

Q. 변전실 정류반 배터리가 폭발할 수가 있는지요? 있다면 그 원인은 무엇인가요!

로케트 배터리는 2008년산이고 2009년에 9개 교체하였습니다. 그런데 이 배터리가 26일 1개 폭발하여 다음날 1개 교체하였답니다. 그런데 또 1개가 더 폭발하여 교체했습니다. 계속해서 배터리가 왜 폭발하는 걸까요? 무보수 배터리는 수명이 4-5년인 걸로 알고 있습니다. 전압은 정상적인데 폭발하는 이유가 무엇일까요?  

A. 배터리는 주위 온도에 따라 충전전압을 조정해 주어야 하며 일반적으로 기준 온도는 24℃로 되어 있습니다. 만약 변전실 온도가 높다면 충전전압을 조정해 주어야 합니다.(배터리 제작사 매뉴얼 참조)

배터리의 이상 유무는 내부임피던스로 판단하는 것이 확실합니다. 2009년에 일부 배터리를 교체한 이유는 모르겠지만, 내부임피던스와 방전용량을 측정하신 것인지 아니면 단지 전압이 차이가 나서 교체하신 것은 아닌지요?

주위 온도가 30℃를 넘는다면 배터리 내부에서 가스 발생량이 증가하고 충전전압이 높게 설정되면 온도가 더욱 상승하여 폭발하는 경우도 있습니다.

‘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.

배터리 AH값 줄이면 가격 줄고 보수율 높아져

Q. Heater 전압원을 3상 380V로 쓰면 220V보다 문제가 될 가능성이 있나요?

Q. 1. 전압강하 보상 차원에서 직렬 콘덴서를 연결하는데 이에 따른 부작용으로 유도기 동기기 자기여자, 난조, 무부하 변압기 투입시 분수조파 발생 등의 단점이 있다 하는데 어떤 원인 때문에 그러한가요?  직렬콘덴서에 의한 부하단 전압상승 및 충전전류 때문에그런 것인지요?

2. 변압기 여자 돌입전류의 경우 잔류자기에 기인한 전류확대 및 그로 인한 자로 포화를 겪어 여자전류가 더욱더 확대되는 현상으로이해를 하고 있는데요. 그렇다면 자화가 전혀되지 않았던 변압기(잔류자기 0)에서도 여자 돌입전류는 발생하는지요?

발생한다면 어떤 원인인 것일까요? 개인적인 사견으로 발생원인을 변압기 등가와 유도전동기 등가가 동일하므로 전동기 기동 시 돌입전류 현상과 동일하게 생각하여도 되는지요? 변압기 투입시 발전기 단락과 동일 현상으로 초기 과도현상에 따른 대전류(발전기--전기자반작용) (변압기 역기전력) 전류감소 이렇게 생각하여도 되는것일까요? 먼가 헤매는 느낌입니다. 답변 부탁드립니다.

2. 변압기 여자돌입전류의 발생원인은 한마디로 철심의 포화 때문에 일어납니다.

 - 전압 0점에 투입 시 자속은 마이너스의 최대인데

   자속의 연속원리(물리적으로 전압, 전류, 자속은

   어느 순간 0에서 어떤 값으로 순간 이동할 수 없음)

   에 의해 0에서 출발하여 1/2 사이클 후 전압 0점

   에서 최대치를 나타내게 됩니다.

 - 이 때 자속의 포화치를 상회하여 철심 포화

 - 인덕턴스-->0, 리액턴스 -->0

 - 역기전력 감소, e=L di/dt

 - 여자전류 증가(자속 포화구간에만 흐르게 됨)

 - 2고조파의 비율이 높은 편측방향의 비대칭성분이

   된다.

3. 유도전동기의 기동전류는

 - 철심이 없어 여자전류가 비교적 크다.

 - 또한, 기동 시에는 슬립이 0이므로 회전자에는 고정

   자권선이 발생하는 자속이 거의 대부분 쇄교되어

 - 정격전류에 도달하기 전까지 비교적 큰 기동전류가

   흐르게 됩니다.

4. 단락 전류는 전압에 뒤진 지상전류이므로 이 또한 단락 시 전압의 위상 및 X/R비에 따라 직류분이 생기게 됩니다. 변압기 여자돌입전류도 전압의 위상과도 관계되고. 단락  전류도 전압의 위상에 따라 관계되는 것이 전기공학의 L C의 오묘한 점이라 하겠습니다. X/R 비가 매우 큰 회로라면 전압에 대해 거의 90도 뒤진 전류가 흐를 것이므로 위의 맥락과도 통할 것이라 볼 수 있습니다

Q. 전기 입문한지 얼마 안되는 초보입니다. VCB, ACB, 발전기조작 전원은 DC로 되어 있던데 왜 ATS는 AC로 되어 있나요?

ATS의 경우, 한전전기가 살았는지, 발전기 전기가 살았는지를 확인하는 회로로 구성되어 있습니다. 한전전기가 공급될 때는 아시다시피 380V/220V니까 AC가 되고, 발전기가 돌아서 나오는 전기도 AC가 됩니다. 어느 쪽 전기가 살았는지 죽었는지만 확인하면 되는ATS는 그래서 AC 전원이 조작회로로 구성되는 것입니다.

Q. 이번엔 처음으로 태양광발전에 입문하였습니다.

1. 태양광 발전 시스템에서 전기 배선 시 접지를 해야 하는데. 직류, 교류 접지 시 인버터내 단독으로 접지를 하는지 아님 공통으로 접지하는지요, 인버터 기구 내에 접지하는 단자가 직류와 교류에 각각 있습니다. 어떻게 해야 할지요. 그리고 인버터 내에 단자대 접지를 생략하고 전로 퓨즈로 개선하던데. 그 사양 및 방법은 어떻게 되는지요?

2. 태양전지에서 인버터까지의 직류전원을 접지를 생략한다고 하는데 그 이유를 알고 싶습니다.

3. 태양광 발전 시스템에서 교류 접지 시 접지개소 및 3종과 특 3종을 따로 해야 하는 이유와 만일 굳이 3종을 생략하고 특 3종을 할수 있는지 그 이유를 알고 싶습니다.

컴퓨터 장비, 정보통신 장비의 경우의 접지는 공통으로 잡아 접지를 단독으로 많이 잡습니다.

인버터는 접지회로를 기능회로 즉, 실제 전류가 흐르는 회로의 일부로 사용하지 않는 걸로 알고 있습니다. 접지 측에는 퓨즈를 삽입하지 않는 것이 일반적이나, 접지전류가 많이 흐를 시 회로를 보호하기 위해 퓨즈를 삽입한다면, 1A 미만의 퓨즈를 삽입해도 될 것으로 생각됩니다.

2. 직류회로의 접지를 +극이든, -극이든 어느 단자든 잡을 수도 있고, 잡지 않을 수도 있습니다. 실용상 접지를 잡느냐 잡지 않느냐는별 큰 의미는 없습니다. 단지, 접지를 잡게 되면 반대 측 극성에는 해당 전압이 그대로 걸리게 되어 이 극성에는 전위가 높아 이쪽 극성에 연결된 전자회로의 전압절연내력에 약간의 부담을 줄 수 있겠습니다. 만일 접지를 잡지 않으면, 양쪽 극성에 같은 전위(전체 전압의 절반)가 걸리기 때문에 전압절연내력에 부담을 덜 주기 때문일 것입니다.

3. 특 3종까지 할 필요는 없다고 생각되며, 특 3종을 하게 되면 당연히 레벨낮은 3종은 할 필요가 없겠지요.

Q. 주상 변압기에서 저접으로 4가닥의 선이 빠지죠. 보통 맨 윗선을 중성선. - 선? 아래 3가닥의 선을. + 선이라고들 하던데요. 우리나라는 교류방식인데. 왜 저게 정해져 있는 거죠?

A. 교류전압에서는 +, - 라는 표현은 사용하지 않습니다. 중성선을 가끔 - 선이라고 표현하는데 그것은 올바르지 않습니다.

그건 아마 한전 일단 접지변압기에 보면 변압기 설치 후 2차 선로 연결 시 접속할 때 알아보기 쉽게 하기 위하여 +, - 표시를 해놓기는하지만 그 +, - 가 직류의 +, - 의 표현은 아닙니다... 한전 변압기에 표시된 +, -는 변압기 2, 3대 연결시 연결할 때(접속하기) 헛갈리지 않게 하기 위해 간단하게 표기해 놓은 것입니다.

Q. 예전에 면접 볼 때 질문 받은 건데. 사실 차단기를 학교에서 실습 때 쓰기나 했지 막상 물어보니 잘 모르겠더라구요. 배선용 차단기와 누전차단기의 차이점과 실무적으로 어떤 곳에 어떤 차단기를 사용하는지 알고 싶습니다.

A. NFB랑 ELB 약자에서 힌트가 있습니다.

NFB- 배선용 차단기는 일단 단락전류(쇼트) 및 과전류에 Trip 조건을 가지고 있고 누전(지락전류)에는 Trip 하지 않습니다.

ELB- 누전 차단기는 말 그대로 지락전류가 감지되었을 때 Trip 합니다 ELB 차단기 내부에 영상변류기(ZCT)라구 있는데 피복이 손상된 부분이 땅이나, 정상적인 계통도가 아닌 누전을 감지하여 ELB 를 차단합니다.

차단기는 다기용량의 기준치 1.25배?(맡는겨) 이상 과전류가 흐르면 Trip 하니깐 단락이 발생하면 ELB는 누전이 아닌 과전류 검출로인하여 TRIP 됩니다.

Q. 380/220v 모터에는 3상 즉 380이겠죠? 모터 4개 히터 1개 환풍기 1이나 모터가 총 6개입니다.

각각 전력은 0.75kW, 0.15kW, 1.5kW, 120w, 90w, 120w입니다. 여기서 p = vi, = i = p/v입니다. 이렇게 계산을 하면 7.1a가 나와요. 그러면 과전류차단기는 7.1a보다 한 단계 윗자리 쓰면 되는 건가요?

A. 모터부하와 히터 부하를 구분하여 모터 부하의 정격전류(Im)가 50A 이하이면 1.25배, 50A가 넘으면 1.1배하고, 히터 정격전류(Ih)를 더하여 전선의 허용전류 Ia를 구합니다. 그리고 나서, 차단기 허용전류(Ib)<= 3Im+Ih <= 2.5Ia 를 계산하여 더 작은쪽 값을 차단기로 선정합니다. 직접 풀어 드리고 싶지만 계산해서 구해보세요. 3상에서의 전류 구하는 공식은 I = P / 루트 3×V×COS 세타 입니다.

A. 배터리 AH값을 줄이면 가격을 줄이는 장점이 있지만, 보수율이 높아지는 단점이 있습니다. 500AH 배터리로 5년간 이상이 없었다고 해도 300AH 도 같은 수준을 유지하지는 않습니다.

그리고 정전보상시간도 영향을 받습니다. 정전이 잦지 않고 발전기가 백업용으로 설치되어 있으면 교환하셔도 될 것 같고, 하지만 한번 정전되면 1시간 이상 지속될 수도 있다면 기존 용량을 사용하시기 바랍니다. 배터리용량은 실부하 34%에 인버터변환 손실을 더해 산출해야 합니다.

Q. 전자접촉기와 전자개폐기를 정확한 용도를 알고 싶습니다. 현장 경험이 없으니 개념이 안 잡힙니다.

A. 둘다 스위치 기능이잖아. 라고 생각하면 같은 것인데요. 전자접촉기는 Magnetic Contactor, 전자개폐기는 Electronic Switch 이므로전자개폐기 종류중에 모터 브레이커, 전자접촉기, 릴레이, SSR, 등이 포함된다고 보시면 될것 같아요. 전자개폐기는 주로 자동트립기능이나 자동절체기능이 필요하면서 고압 대전력 선로에 사용되는 VCB(진공차단기) 같은 것들을 말하고, 전자접촉기는 원격제어, 또는 과전류보호와 같이 자동화 회로를 구성하기 위해 주로 사용합니다. 전자접촉기를 전원의 입력차단기로 사용하면서 전자개폐기로 명칭 하기도 합니다.

Q. 배전반 전압이 360V까지 떨어져서 부스바을 재보니 다행히 계기가 노후되어 그렇더군요. 그런데 R-S상: 375V가 나옵니다. 다른상은 379~380V로 나오고요. 상간 부하는 170A, 150A, 160A가 나옵니다. 이 정도로 저 차이가 나는게 정상인가요? 아니면 어떤 문제가 있을까요?

“그린카 경쟁력 90%는 부품에서 나온다”

배터리, 구동장치, 급속충전기 등 핵심 부품 개발 상용화 단계

전기차 관련 부품중 핵심은 연료와 구동장치다. 연료관련 배터리 기술은 리튬 폴리머 전지. SK, LG, 애경 등 대규모 기업들이 참여 개발에 적극 나서고 있다.

국내 최대 개별반도체 업체인 KEC는 전기자동차용 Power반도체 부품의 시장 확대를 위해 기존의 모터 구동용 Power모듈뿐만 아니라 전기자동차 및 전기스쿠터에 적용되는 BMS 전용 Power모듈 개발에 성공했다고 밝혔다.

전기자동차용 Power부품은 크게 모터구동(PCU: Power Control Unit) 및 배터리 보호장치(BMS: Battery Management System), 그리고 급속 충전기(High Speed Battery Charger)의 3가지 부분에 사용되는데, 이번 개발 완료되는 Power모듈은 BMS 부분에 속한 고효율 모듈로, 기존 개별 반도체 소자를 사용한 BMS SET 보다 열적인 특성이 우수하고 BMS 전체의 크기를 소형화 가능한 특징을 가지고 있다.

현재 BMS를 생산하는 고객사에 평가 및 승인이 완료되어 양산준비단계에 있으며 향후 해당부문 매출확대에 기여할 것으로 예상된다. 는 정부의 친환경 녹색 성장산업 육성정책에 힘입어 급성장하고 있는 전기차시장에 핵심부품인 Power모듈의 공급 및 LINE UP 확대를 통하여 2015년에는 동 사업부문에서 약 800억원 규모의 매출을 목표로 하고 있으며, 향후 이러한 Power반도체 부문의 사업강화를 통해 사업의 새로운 성장동력으로서 적극적으로 추진해 나간다는 방침이다.

배터리관리시스템(BMS) 시장, SK와 KEC 격돌C&C도 전기자동차 배터리 부품 사업에 진출했다. SK C&C는 사업 진출이 성공적으로 이뤄지게 되면 스마트 그리드 사업과 연계, 새로운 신성장 동력으로 자리매김 할 수도 있을 전망이다.C&C는 지난해 말 SK이노베이션과 전기자동차 배터리관리시스템(BMS) 공급에 대한 양해각서(MOU)를 체결한 데 이어 주주총회를 통해 사업목적에 `전기, 전자, 정보통신 소재, 부품 및 제품의 생산, 판매, 유통업'을 추가했다.

회사가 추진 중인 BMS는 전기차 부품의 핵심인 2차 전지에 공급되는 인공지능제어시스템으로 실시간 2차 전지의 전류ㆍ전압ㆍ온도 등을 측정해 에너지의 충ㆍ방전 상태와 잔여량을 모니터링 하는 시스템이다. 또 열에 의한 폭발에 대해 제어할 수 있는 기능도 갖고 있다.

현재 SK C&C는 BMS 부품 개발을 위해 SK이노베이션과 별도로 60억원을 투입해 연구개발을 하고 있다. 따라서 향후 SK이노베이션이 리튬이온 배터리를 공급하게 될 메르세데스 벤츠의 첫 전기 슈퍼카에 SK C&C의 BMS 부품이 공급될 것으로 예상된다.C&C의 BMS 부품은 설계 및 디자인은 자체 수행하고, 생산은 아웃소싱을 통해 진행하는 방안을 검토하고 있다. 이후 공급은 100% SK이노베이션을 통해 추진할 계획이다. 따라서 생산 계획 및 출시 시점도 SK이노베이션의 배터리 공급 계획에 맞물려 마련될 전망이다.C&C 한 관계자는 “현재 전기자동차 판매 가격 중 40~50%가 배터리 가격"이라며 “배터리가 전기차의 핵심 부품인 만큼 향후 전기차 시장이 활성화되면 BMS 시장은 상당히 커질 것"이라고 설명했다.

관련업계는 BMS 시장규모가 오는 2015년 5조원, 2020년에는 35조원 규모에 이를 것으로 추산하고 있다. SK C&C가 적극적으로 BMS 시장 진출을 추진하는 것도 아직 활성화되지 않은 시장을 조기 선점하겠다는 것으로 해석되고 있다.

애경유화, 전자부품연구원과 함께 전지 개발 에너지가 LiBS(2차전지분리막)에 이어 애경유화와 손잡고 음극소재 개발에 나서는 등 전기차용 배터리 핵심소재 국산화에 박차를 가하고 있다. 에너지는 애경유화에서 개발 중인 음극소재를 전기차용 배터리에 적용해 상용화 테스트를 진행하는 등 양사간 공동 연구 체계를 구축해 전기차용 배터리의 핵심 소재인 음극소재의 국산화에 나선다는 방침이다.

음극재는 양극재・분리막・전해액과 함께 2차전지의 4대 핵심 소재로, 전기차용 배터리의 음극재는 주로 흑연물질과 하드카본을 혼합해 생산된다. 이 중 하드카본은 기술 장벽이 높아 일본 업체만이 유일하게 생산 중인 음극재 내에서도 핵심 소재로, 이번 MOU를 통해 SK에너지와 애경유화는 하드카본 개발에 협력할 예정이다. 에너지 관계자는 “애경유화가 개발 중인 음극소재(하드카본)를 적용한 전기차용 배터리 성능 테스트 결과가 수입산 소재를 사용한 경우와 비교해 동등 이상으로 나타나, 앞으로 양사가 개발에 협력할 경우 음극소재 상업화에 자신한다”며, “전기차용 배터리 소재의 수입 의존도를 크게 낮춤은 물론 배터리의 원가경쟁력 제고에도 큰 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

지난 2005년 국내 최초로 2차전지 분리막(LiBS) 기술 상용화에 성공, 리튬이온 배터리 소재 국산화에 나선 SK에너지는 이번 협력을 통해 배터리의 국산화율을 한층 높인다는 계획이다.

한편, SK에너지는 2009년 말 미쓰비시후소社 하이브리드상용차의 배터리공급업체로 선정된 데 이어, 올해 현대차의 국내 첫 순수고속전기차인 ‘블루온’의 배터리 공급업체로 선정된 바 있다. 나아가 2012년 완공을 목표로 서산일반산업단지 내에 전기차용 배터리 공장 신설에 나서고 있다. 그룹이 지식경제부 산하 국책 연구기관인 전자부품연구원(KETI)과 손잡고 차세대 에너지저장 분야의 공동기술 개발에 나섰다. 와 연구원은 앞으로 인력 기술 교류 등을 통해 전기차, 모바일 기기 등에 쓰이는 차세대 2차전지와 전력저장용 2차전지 분야의 차세대 기술확보를 위해 협력할 예정이다.

이를 위해 SK는 연구원의 전지분야 전문가들과 함께 글로벌 네트워크 등을 활용해 2차전지 관련 유망기술을 선정하고, 자체 기술개발에 나선다는 계획이다.

이와 관련, SK는 지난 2004년 국내 최초이자 세계에서 세 번째로 2차전지의 핵심소재인 LiBS(분리막) 제조 기술을 독자 개발하는 데 성공해, 2005년부터 상용화했다. 는 2차전지 분야의 기술력을 인정받아 현대기아자동차그룹 첫 순수 고속 전기차로 개발중인 신차 ‘i10’ 기반의 양산 모델 및 차기 모델의 배터리 공급업체로 공식 선정된 상태다.

지난 7월에는 충청남도 및 서산시와 양해각서를 맺고 2012년까지 서산산업단지 내 23만km2의 터에 일반 하이브리드 자동차 약 500만대에 공급할 수 있는 500MWh 규모의 전기차 배터리 생산라인을 건설하기로 했다.

한편, SK그룹은 전기자동차용 배터리 외에도 그린콜(저공해석탄에너지), 그린폴(이산화탄소 플라스틱), 바이오 연료, 수소에너지, 스마트그리드 등 다양한 미래 에너지 기술개발을 주도하고 있다.

화학, 미국 포드사에 리튬 2차 전기 공급 화학이 미국 포드에 공급할 고속전기차(EV)용 리튬 대용량 2차전지 생산체계를 이르면 6월 본격 가동한다. 공급물량은 10만대 수준이며 2차전지 성능은 GM 볼트에 공급한 제품보다 진화한 것으로 전해졌다.화학은 오는 6월부터 충북 오창 2차전지 공장에서 포드의 첫 양산 전기차인 ‘포드 포커스 EV’용 2차전지 생산라인을 가동한다.

포커스 EV는 한 번 충전으로 최장 160km를 주행할 수 있고 최고 속도는 136km/h 수준이며 충전시간이 3~4시간으로 여타 상용 전기차보다 빠르다. 그동안 구체적인 계약규모와 양산시기 등은 알려지지 않았다.화학과 포드의 계약물량은 10만대 수준으로 이 회사가 GM 쉐보레 볼트와 계약한 25만대 분량보다 다소 적지만 배터리 용량은 볼트에 공급한 제품을 능가하는 수준으로 알려졌다. 이는 포커스EV와 쉐보레 볼트 모두 EV를 지향하지만 구동방식에서는 다소 차이가 있기 때문으로 분석된다.

쉐보레 볼트는 처음 56km까지는 리튬-이온 배터리에 의해 전기로만 구동하지만 이후에는 가솔린엔진 충전 시스템이 가동해 발생한 전기로 움직인다. 반면에 포커스 EV는 내연기관을 없애고 순수하게 2차전지로만 구동해 보다 대용량・고성능의 배터리가 필요하다.화학은 대용량 2차전지 부문에서 GM에 이어 제품 생산도 본격화함에 따라 삼성SDI, SK이노베이션 등 후발주자와 격차를 벌린다는 전략이다.

포드는 내년 국내에도 포커스EV를 출시할 것으로 알려져 고유가에도 불구하고 국내 시장에서 외면받고 있는 전기차 시장의 활성화를 이끌지 기대된다. 전 세계 전기차 시장 규모는 오는 2015년까지 80만대로 늘어날 전망이다.

삼성SDI와 세계 최대 자동차부품업체 독일 보슈의 합작회사인 SB리모티브는 미국 크라이슬러에 전기차용 리튬이온 배터리 팩을 공급하기로 했다. 리모티브가 전기차용 배터리를 미국에 공급하는 것은 처음이다. 이로써 SB리모티브, LG화학 등 우리나라 업체들은 GM, 포드 등에 이어 크라이슬러까지 미국 3대 자동차회사 모두에 전기차용 배터리를 공급하게 된 셈이다. SB리모티브가 공급할 리튬이온 배터리 팩은 크라이슬러의 순수 전기차 모델인 ‘피아트 500EV’에 장착된다. 피아트 500EV는 이탈리아 자동차 회사 피아트의 인기 차종인 ‘피아트 500’의 전기차 모델로 2012년부터 미국 시장에서 판매될 예정이다.

배터리 셀은 울산에 새로 건설된 SB리모티브의 전기차용 배터리 생산 라인에서 제조된다. 셀과 배터리 제어시스템(BMS), 냉각시스템, 안전장치 등으로 구성된 배터리 팩은 미국 오하이오에 있는 SB리모티브의 자회사 코바시스에서 조립・생산돼 크라이슬러에 공급된다. 리모티브는 지난해 유럽의 BMW와 세계적인 자동차 전장업체인 델파이에 각각 전기차용 배터리와 하이브리드 상용차용 배터리 공급 계약을 수주한 바 있다. 올해 3월에는 국내 오토바이 전문업체인 S&T모터스에 전기이륜차 100만 대분의 리튬이온 배터리를 공급하기로 했다.

삼성SDI 관계자는 “SB리모티브의 전기차용 배터리 시장 진입이 다른 업체에 비해 3년 정도 늦었지만 BMW, 델파이, 크라이슬러 등과 잇따라 공급 계약을 맺으면서 높은 기술력을 인정받고 있다.”고 말했다. 2차전지 전문 시장조사 기관인 IIT에 따르면 세계 전기차 시장 규모는 2012년 49만대, 2015년 150만대, 2020년에는 340만대로 급성장할 것으로 전망됐다.

‘연료전지 자동차’ 특허출원 동향

운전장치 관련 특허출원 5년간 8% 증가

점점 엄격해지는 세계 각국의 환경 규제에 대응하고 석유 고갈에 대비한 자동차 업체들의 그린카 개발 경쟁이 가속화되고 있다. 그린카는 유해가스와 이산화탄소를 발생시키지 않거나 발생량이 적은 차량으로 일반적으로 연료전지 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등을 들 수 있다.

연료전지 자동차의 경쟁자인 전기자동차는 엄밀한 의미에서 무공해차로 분류하기는 어렵다. 왜냐하면, 주행 시 배기가스를 배출하지는 않지만 화력발전으로 전기를 생산한다면 화석 연료를 사용하기 때문이다. 따라서 도시의 공기는 깨끗해지지만 지구 전체로 볼 때는 오염원의 위치가 달라질 뿐이기 때문이다.

기존의 화력발전 시스템은 연료를 연소시켜 발생한 열로 스팀을 만든 후, 그 스팀으로 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 그러나 연료전지는 연료의 화학에너지를 전기에너지로 직접 바꾸기 때문에 에너지 변환 단계가 줄어 효율이 높다. 따라서 자동차용 외에 선박용, 가정용 및 발전용으로 그 적용범위가 확대되고 있다.

연료전지 자동차는 수소를 연료로 사용하는데 아직은 수소 저장 및 운반 기술이 미흡하고, 충전소도 많지 않아서 상용화되지 못하고 있다. 그러나 연구는 활발하게 이루어지고 있어, 연구개발의 척도를 나타내는 특허출원 건수를 보면, 연료전지 자동차 중 핵심기술이라 할 수 있는 운전장치에 관련된 특허출원은 2000년 이후 꾸준히 증가하여 최근 5년간(2003~2008년)에는 연평균 8%의 증가율을 나타냈다.

특허청 관계자는 지난 2009년, 전 세계 자동차 업계가 2015년부터 연료전지 자동차를 일반 수요자들에게 보급한다는 공동선언문을 발표한 바 있어 연료전지 자동차에 관한 특허출원은 앞으로도 꾸준히 증가할 것이라고 전망하였다.

한편, 서울시에서는 얼마 전 개최된 G20 정상회의에 참가한 내・외신 기자들에게 국내 업체가 만든 연료전지 자동차를 취재용으로 제공하여 연료전지 자동차 시대가 성큼 다가왔음을 느끼게 해준 바가 있다.

전기차 충전시스템 어떻게 준비하나

한국전기연구원 전기기기평가본부는 충전스탠드, 충전장치, 통신프로토콜 관계회사 등 업계 관계자를 대상으로 ‘전기자동차 충전시스템 기술세미나’를 열었다.

이번 세미나는 전기자동차용 충전시스템 관련 전자기적합성(EMC), IEC 60529 IP 보호등급, 절연재료 성능평가 및 통신프로토콜 기술교육을 통해 충전시스템 관련 기업체의 기술경쟁력 향상을 도모하기 위한 것.

이날 세미나에서는 △접촉식 충전시스템 EMC 성능평가 기술(김언석 박사) △전기자동차 EMC 표준(안) 해설(안건현 기술원) △IEC 60529 IP 보호등급 성능평가 해설(김용성 기술원) △충전시스템 및 케이블 절연재료 성능평가(심대섭 박사) △전기자동차 급속충전장치 통신프로토콜 - 연구결과 발표(김종수 박사) △전기자동차 급속충전장치 통신프로토콜 - IEC 및 SG협회[BMS 시뮬레이터 시연](임성정 박사) 등의 내용이 발표될 예정이며, 질의응답 시간이 별도로 마련됐다.

한편, KERI는 최근 가장 각광받고 있는 전기자동차의 대중화를 위해서는 전기자동차 자체의 개발 외에 전기차를 국민 누구나 편리하게 이용할 수 있는 인프라를 어떻게 구축하는가가 중요하다는 점에 주목, 전기자동차용 한국형 급속충전시스템을 개발하고 관련 전기추진시스템을 연구하는 한편, 배터리 및 BMS(Battery Management System) 기술 개발, 전기차의 보급에 필요한 충전 인프라 구축 방안과 표준안을 마련하는 것을 목표로 하는 연구를 수행하고 있다.

또한 지난 6월 말부터 연구소 본원이 위치한 통합 창원시 및 반경 30㎞의 경남지역 시군구에 전기자동차용 충전 인프라를 설치하고 전기트럭, 전기승용차 등을 실생활에 활용하면서 보급과 확산을 위한 개선점을 찾아내는 것을 목표로 8개 협력업체와 공동으로 추진하는 ‘스마트그리드 연계 전기자동차 모니터링 기술사업’을 추진하고 있다.

이는 운전자 입장에서 전기차의 운행환경을 종합적으로 평가하는 국내 최초의 시범사업으로 현재 일본 자동차업체가 주도권을 쥐고 대부분의 친환경차 시장을 점유하고 있는 상황에서 국내 전기자동차 산업과 배터리 산업, 충전인프라 산업을 적극 지원하고 육성할 수 있는 근간을 마련할 수 있는 계기가 될 것으로 기대하고 있다.