전기박사의 ‘現問賢答’

번개의 전기에너지화 “저장기술 없어” 현재론 불가능

Q. 번개로 전기에너지를 만들면 전력난이라는 단어가 없어지지 않을까? 라는 주제로 공부하려 하구요. 번개로 전기에너지 만드는 데 어떤 기술이 부족한건지와 전기에너지로 만드는 과정 좀 간략하게 알려주시면 감사하겠습니다.

A. 번개는 공기가 절연이 파괴되면서 발생하는 빛이고 에너지는 벼락입니다. 그리고 그 에너지는 님이 생각하는 만큼의 큰 에너지가 아닙니다. 번개는 순간적인 방전 현상입니다.

구름과 대지가 대전하면서 전하가 축적이 되고 구름과 대지에 높은 전위를 만듭니다. 그 높은 전위에 공기의 절연이 파괴되면서 방전하는데 그때 발생하는 빛이 번개입니다. 그리고 +와 - 전하가 합쳐지면서 벼락이 발생하는데 이것이 에너지방출입니다. 그런 번개와 벼락이 연속적으로 발생한다면 님의 말처럼 연구해 볼 가치는 있다고 생각합니다만 구름과 대지의 전하 축적은 연속적이질 않기 때문에 아무 가치가 없는 것입니다. 그리고 그것이 아무리 큰 에너지라 하여도 윗분들 얘기처럼 많은 에너지를 저장할 수 있는 기술이 아직은 없습니다.

Q. 상테스터기를 사용해야 하는데 상테스터기 사용하는 방법도 잘 모르겠고, 왜 사용하는지도 잘 모르겠어요. 인터넷에 찾아보니 그냥 역방향인지 아닌지 찾아보는 거다고 만 적혀있더라고요. 그 외에 다른 이유는 없는지 또 사용방법은 어떻게 되는지 가르쳐주세요.

A. 전기에는 상방향이 있습니다. 그 상방향에 따라 3상전동기의 회전방향이 정하여집니다.

일반적으로 사용하는 전기에서는 상방향이 크게 문제가 되지 않습니다. 하지만 전원을 서로 다른 전기를 사용하여야 하는 경우(예 비상전원) 또는 중요기기(UPS 등)에 전원을 넣기 전, 회전방향이 정하여진 기기(교반기, Conveyer 등), 그리고 이러한 기기들을 정비한 후에는 필히 확인하여야 하기 때문입니다. 만약 한전 전원으로 오른쪽으로 돌던 Motor가 발전기 전원으로 반대로 돈다면 어떻게 될까요.

Q. DC케이블, 파워케이블 관련 질문입니다. DC케이블 주변에 파워케이블이 지나갈시에 DC케이블이 받는 영향에는 어떠한 것들이 있는지 여쭤보고 싶습니다.

A. AC 60Hz 전기 Noise가 정전, 전자유도되어 DC Cable로 유입됩니다. 하여 AC전력선과 멀리 떨어지게 하여야 하고 같이 포설 할 경우에는 DC Cable &AC 전력선에 Sheild를 하거나 격리판 Seperator를 설치하여야 합니다.

Q. 공장에서 전기관리를 하고 있습니다. 이번에 증설하면서 새로 건설한 공장의 모든 분전반의 메인차단기를 ELCB로 설치하였습니다. 그런데 분기 ELB 20A 유도등 라인에서 누전이 발생하였는데 이게 유도등차단기가 트립되지 않고 메인차단기가 트립이 되어 버렸습니다.

참고로 메인차단기는 감도 500mA이고, 유도등차단기는 20mA입니다.

그래서 이상하다 생각하고 그냥 넘어갔는데, 이번에도 다른 곳이지만 같은 현상이 발생하였습니다. 이렇게 메인차단기가 먼저 트립이 되는게 정상인가요?

A. 메인ELB와 유도등 ELB의 단락용량차이인 것 같습니다. ELB제품 정면에 보시면 kA 단위로 나와 있는 값이 있습니다. 아마도 메인의 단락용량kA 가 유도등ELB의 단락용량kA 보다 클 것 같습니다. 즉 단락전류가 유도등ELB는 커버를 못하고 메인ELB에서 커버가 가능해서 그런 것 같습니다. 그리고 감도 전류는 누전차단능력을 나타내는 것이지 단락전류와는 무관하다고 생각됩니다.

Q. 분전반에서 메거링을 해보니 2메가옴정도가 측정되었으며 라인단자를 전선에 계속 대고 있으면 그 수치가 계속 올라갑니다. 예를 들면 2에서 2.1, 2.2, 2.3 어쨌든 대고 있으면 계속 올라갑니다. 이런 식으로 계속 수치가 증가하는 건 왜 그런건 가요? 한가지만더질문드리자면 메가링 했을 때 완전 0으로 나오면 단락이 맞죠? 그러나 0이 아니면 예를 들어 0.01이라도 나오면 단락보다는 누전이라고 봐야 할까요?

A. 도체와 도체 간에는 정전 용량이라는 것이 존재합니다. 처음 전압을 가하면 충전전류가 흐르다가 시간이 지나면서 충전이 완전히 되면 순수 절연에 의한 전류가 흐르게 됩니다.

하여 기본적으로 절연측정은 1분 정도 측정을 하여 처음과 1분 후의 절연을 비교하여야 합니다.(대부분 수치가 변하지 않을 때까지 하면 됩니다.) 이것을 성극지수라 합니다. 이값(1분 후의 절연 /처음 절연)이 절연값(당연히 좋아야 하고)과 별개로 1이상이 되어야 좋은 것 입니다.

Q. 요즘 블랙아웃이 이슈가 되고 있는데요. 전기인으로써 궁금한 게 생겼습니다. 실제 근무하고 있는곳이 발전소여서 과부하시 발전기를 보호하기 위해서 차단기가 내려간다는 것까지는 압니다. 그런데, 실제로 과부하가 걸렸을 시 전압강하 or 주파수 저하가 발생한다고 했는데요.. 이거에 대해 원리가 궁금합니다.

전압강하같은 경우는 여자전류의 증가등으로 보상시켜줄 수 있다고는 하나 주파수는 왜 저하되는건지요.

A. 발전기는 자체 능력(정격출력)이 있습니다. 그 능력(정격출력) 이상 부하에서 요구 시에는 능력이 부족 하기 때문에 그 부하에서 요구하는 만큼 출력을 억지로 더 내려고 합니다. 이것이 발전기에서는 과부하 입니다.

부하가 없을 때는 발전기는 힘이 들지 않기 때문에 그냥 잘 돌아갑니다. 동기속도에 가깝게 잘 돌아갑니다. 하지만 부하가 증가하면서 힘이 들기 시작합니다. 그러면서 발전기가 속도가 떨어지려 하고 발전기는 힘을 내기 시작하면서 동기속도로 올리려 합니다.

이러면서 정격출력까지는 그래도 동기속도에 가깝게 유지를 하지만 그 이상이 되면 발전기 능력이 그 이상을 버티지 못하면서 회전수가 줄고 주파수가 떨어지고 전압이 떨어지는 것 입니다.

Q. 전자접촉기 문의 좀 드립니다. 기계실에 사용하는 펌프용량이 380v 60a 37kW 짜리 냉온수 펌프등을 사용하는데 펌프판넬에는 전자접촉기가 ch 7n ch 10n 2개 총 3개에 접촉기를 사용 중인데 설명서에 보면 정격용량이 ch 10n은 22kW 48a라고 나오기 ch-10n 전자접촉기는 단종되어서 대체품으로 GMC-50으로 판매되는 걸로 아는데 용량이 기존에부터 차이가 나는 데 이걸 사용해야 하는건지 아님 GMC-75 37kW 75A 짜리로 다 바꿔 달아야 하는지 모르겠습니다.

전기에 대해 잘 모르지만 모든 판넬에 380V 37kW 60A 펌프 판넬에는 다 CH-10N 전자접촉기가 달려있어서 잘못 설계되서 달려있는건지 사용해도 돼서 달려있는건지 바꿔야 하는데 뭘로 바꾸는 게 맞는건지 모르겠습니다.

펌프용량에 맞게 큰 걸 달아야 맞는건지 기존대로 있는 그대로 달아야 하는지 알려주세요. 그리고 혹시 용량이 큰 게 달아놓으면 문제가 없는건지 알려주세요. 배선용 차단기 같은 거면 용량 맞게 달아나야 떨어져서 맞는거 같은데 전자접촉기는 모르겠네요

그리고 전자시 모터보호계전기 gmp - 60 - t 사용중인데 이걸 더 높은걸 사용하는 게 좋은건지 알고 싶습니다. 기존에 전자접촉기에 문제만 생기면 모터코일이 타버리는 현상이 자꾸 생겨서요.

A. Magnet가 3개라면 Y- 델타기동방식입니다. Y- 델타에서 기동방식에서 선전류와 상전류(선전류의 1/√3)는 다릅니다. 님이 예기하는 전류는 선전류가 되고 Magnet에 흐르는 전류는 상전류(1/√3)가 흐르게 되기 때문입니다.

Magnet의 용량은 작지만 않으면 아무 문제가 없습니다. gmp - 60 - t는 최대전류 60A까지 사용 가능 합니다. Setting만 잘하면 절연 불량 & T/B접촉불량외 Motor소손사고를 예방할 수 있습니다.

Q. 일반적으로 간이수전설비로 쓰는 H주 ASS (부하: TR 200kW 와이 델타)가 갑자기 여러 번 트립됩니다. H주 아래 컨트롤 함에는 GR에 불이 들어옵니다. 근데 바로 리셋하면 또 이상 없이 리셋 됩니다. 잠시 후 또 GR, GR는 지락계전기로 알고 있는데, 부하 측에 지락 (즉 누전)이라면 누전차단기가 먼저 동작되야 하는거 아닌가요?

혹시 누전이 아니라 다른 원인에 의한 GR동작이 될 수 있는지요? 일단 ASS컨트롤함 불량일까 싶어 AS받으러 보냈습니다. 혹시 GR이라면 TR2차 측 중성점 접지에 흐르는 전류를 측정해보면 알 수 있습니까? 200kW면 부하전류 350A고 그것의 2,000분의 1인 0.175A 이상이 흘러서 그럴는지요?  

A. ASS는 한전 선로와 수용가 사이에서 한전 선로의 이상 발생 시 수용가 측 설비를 보호하기 위해 설치되어 있는 보호설비입니다. TR2차 측과는 상관이 없는 걸로 알고 있습니다. 2차 측에서 이상이 있다면 누전차단기가 동작해야 합니다. ASS가 이상이 없다고 가정하면 컨트롤러에 있는 탭 조정을 재조정해 보는 것이 좋을 거 같습니다. 현재 TR200kVA이면 상전류탭이 20A에 있어야 하고 지락탭은 10A에 있어야 합니다. 확인해 보시기 바랍니다. 만약 그 문제가 아니라면 컨트롤러 문제가 맞을 듯합니다. 또 다른 경우의 수는 정말로 지락이 있는 경우인데 이 경우에는 지락계전기와 UVR이 같이 떨어져야 합니다. 내용을 봐서는 그런 현상이 없는 것으로 생각됩니다.

Q. 전동기 정격전류가 24A인데 RST상 각 4A로 측정됩니다. 동일 설비가 한대 더 있는데 그건 19A정도 측정되었는데요. 전류가 이렇게 적게 흐르는 이유는 무엇인지, 어떠한 경우에 이런 현상이 발생되는지, 그냥 계속 사용해도 되는지요? 

A. 부하가 전혀 걸리지 않은 상태입니다. 즉 일을 하지 않는것 이지요. 무언가 잘못되었습니다.

아무리 무부하라 하여도 6A정도가 나옵니다. 혹시 병렬로 다른 기기와 같이 운전을 하면서 Valve 등이 닫혀 있는지? 그런 관점에서 점검을 해 보세요. 이 상태라면 Motor에는 문제는 생기지 않습니다만 Motor가 일을 하지 않기 때문에 기기가 정상운전을 하지 못할 것 입니다.

Q. 440V MCC반이 있습니다. 70%가 Pump 부하이고, 나머지 20%는 교반기 및 컨베이어입니다. 시운전 때 향후 정상운전 시 전압강하를 고려해서 MCC 입력(TR 출력전압) 전압을 좀 올려서 운전하고 있습니다. 그런데 정상 운전 시 생각보다 전압강하가 생기질 않네요.

약 460V 정도에 못 미치는 상태입니다. 만일 전단 변압기 탭을 조정하여 440V 정상 정격전압으로 맞추면(낮추면) 전압이 좀 높았을 때랑 비교하면 전력비 절감이 될까 싶어 문의합니다. 요약하면 440V 부하인데 전압이 460V로 운전되고 있던 것을 전압을 440V로 다시 낮출시 전력비 절감이 얼마나 될까 하는 문의입니다.

A. 부하에 따라 다르고 일의 효율이 떨어지게 됩니다. 기본적으로 순수한 R 성분의 부하에서는 전류가 줄어드나 동력부하는 상대적으로 전류가 증가합니다. 전류에 의하여 전력소모가 일어납니다.

그 옛날 우리 가정집은 110V를 사용하였습니다. 그러다 220V로 전체 승압을 하였습니다. 그 이유가 선로 손실을 줄이기 위한 것이었습니다. 그리고 순수 저항성분인 Heater가 전압이 낮아지면 발생열은 전압2/저항이므로 전압2에 비례하여 줄어듭니다. 즉 효율이 떨어지게 되지요.

<자료제공 : 카페-전기박사>