‘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.

역률보상은 저압 부하측부터 해야 효과적

Q. 리액터로 3단 기동을 하는 장비가 있습니다. 그런데 모터고장으로 수리 보내고 안착하기전 테스트 중인데 50%, 80%, 100% 모두 440V가 나옵니다. 제가 알기론 감전압 기동으로 알고 있는데 제가 잘못 알고 있는 걸까요? 그리고 기동순서가 1단 기동후 개방되면서 2단 투입 2단 개방되면서 3단 투입 이순으로 되어야 할 텐데 기존 작동순서가 1단 투입 t초후 2단 투입 t초후 1, 2단 개방 3단 투입됩니다. 이렇게 사용해도 되는지 궁금합니다.

A. 리액터 기동은 감전압이 맞습니다. 전압을 어디에서 측정하였는지 모르겠지만, 부하를 걸지 않고 측정을 하면 전압은 그대로 440V가 다 나옵니다. Motor를 연결하고 Motor로 가는 Line의 전압을 측정하여야 합니다. 기동전류는 Tap에 비례하고 기동토르크는 전압²에 비례합니다. Magnet은 투입 후 개방이 되어도 문제가 없습니다.

Q. 수배전반 고압 측에서도 역률을 계산하나요? 변압기 뒤쪽 저 압측부터 역률을 계산하지 않나요? 고압 측은 피상전력 아닌가요?

A. 고압반에서의 역률은 종합 역률이라 합니다. 하지만 역률 보상은 저압 부하측에서 하는 것이 가장 효과적입니다. 피상전력은 고압이나 저압 어디서든 존재합니다. 단, 역률이 나쁠 땐 무효전력이 많아 그만큼 커지는 것이고 1일 때가 가장 적습니다. 이때는 유효 = 피상전력이 되는 것입니다.

Q. 현재 낮시간대에는 380V~385V로 부하에 전원을 공급하고 있습니다. 그런데 야간에 조명부하를 사용하면 전압강하로 인해 350V로 전압이 낮아집니다. 물론 간선케이블 규격을 큰 것을 사용해서 개선 해야 하지만 그럴만한 상황이 아닙니다. 그래서 변압기 텝을 1텝정도 조정해서 승압을 하려고 합니다. 그러나 낮부하가 385V인 상황에서 텝을 조정하여 405V(실제는 400V 정도일 걸로 예상) 정도로 승압했을시 낮부하에 미치는 영향이 어떤 것이 있을지 궁금합니다. 

야간부하: 조명(메탈 1KW, 2KW), 낮부하: 모터(분수, 펌프) 일반부하(일반조명, 냉장고, 컴퓨터 등)

A. 실제 부하들은 기본적으로 380V ± 10% 이내에서 사용을 할 수 있어야 합니다. 그리고 수전전압은 부하전압과 다릅니다. 수전 전압은 기본적으로 기기사용전압의 + 5%가 되도록 하는 것이 가장 이상적입니다. 일반적으로 Motor들은 전압이 상승하면 전류가 줄어들고 Motor가 더 힘이 좋아지고 열도 적게 발생합니다. 하지만 전등 등은 수명은 적을 때보다 단축이 됩니다. 주의하여야 할 것은 Condenser인데 그것도 10% 이하라면 크게 문제는 없을 것입니다. Condenser의 용량은 전압²에 비례하여 커지기 때문에 비례하여 발열을 할 수 있기 때문입니다. Condenser에 대해서는 아래를 참조하세요.

정격전압 및 최고전압: 콘덴서가 설치될 곳의 정격전압 및 운전 중에 발생하는 최고전압

→ 콘덴서는 정격 이상의 인가전압에 취약하므로 설치에 주의를 요합니다. (최고전압 Max 110% 이하, 리액터 % L에 의한 전압상승 포함)

Q. 거실에서 콘센트가 쇼트 되어 정전되었습니다. 이때 현관에 있는 누전 차단기(50A)는 그냥 있고 전열 1(5A)만 내려가고 밖에 있는 배선용 차단기가 내려갔습니다. 

누전 차단기는 내려가지않고 계량기 밑에있는 배선용 차단기가 내려가나요? 그리고 배선용 차단기 가 투입(On)이 잘되지 않네요. 50A입니다. 계속 올려도 올려가지 않고 다른 분이 와서는 바로 올리던데 초보인 저는 궁금하네요? 세탁기에서 누전되었을 때는 누전 차단기 동작 되었습니다. 

A. 배선용 차단기는 크게 단락및 과부하에 동작합니다. 그리고 요즘의 누전 차단기는 거의 다 배선용 차단기능에 누전기능까지 가지고 있습니다. 님의 누전차단기도 정격전류가 50A라고 쓰여있다면 당연히 단락 및 과부하에 동작합니다. 하지만 상기의 상황에서 누전차단기가 동작을 안 한 것은 배선용 차단기가 먼저 동작을 하였기 때문입니다. 차단기에는 차단 특성이 있습니다. 차단기의 특성곡선인데 최대값과 최소값이 있습니다. 차이에 의해 똑같은 용량이라면 그럴 수 있습니다. 배선용 차단기만 먼저 Trip이 될 수도 있습니다 

Q. 도면에 보면 VCB, ACB, LBS, ATS Control 로 돼있는데 어떻게 콘트롤을 하는지 궁금하네요. 그리고 L-E540은 변전실 판넬 표시등인가요?

A. 수·변전시설에 한전 측이건 자체 수용가 측이건 단전이 되면 위의 언급된 차단기류를 구동시켜 2차 사고를 예방하고 복전에 대비해야 합니다. 위 차단기류의 동작전원은 모두 직류전원입니다. 이를 위해서 평시 교류를 직류로 전환하여 정류반 축전지에 충전시키고 정전 시 충전된 축전지의 직류를 정류반에서 교류로 변환하여, 계전기, 차단기류의 구동 전원으로 사용하게 되는데요. 그 역활을 하는게 정류반 입니다. 그래서 평시 정류반 축전지 관리를 잘하시고 수명이 다하면 즉시 교체해야 합니다. 전기안전공사의 안전검사 수검 시 축전지 상태불량 시 불합격되고요, 정전시 축전지 출력부족시 차단기류의 수동 조작이 가능합니다.

Q. 먼저 저희 회사 장비는 단상 장비입니다. 하지만 사용하는 차단기는 3상 차단기입니다.

단상 장비 12,000Kw(R, S상)+단상 장비 12,000Kw (R, T상) → R상만 2번 들어감.

인입 전압 220V / 60Hz 역률이 0.9라고 가정한다면 3상 차단기는 몇 A를 사용해야 하나요? 구하는 공식과 함께 고수님들의 답변을 기다리겠습니다.

A. 단상장비가 그렇게 큰 장비 24,000kW도 있나요. 그것도 220V로 혹시 24kW 아닌지?

220V라면 R상의 전류는 12,000/(0.9×220)×√3 = 105A입니다. 가장 큰 부하 상의 전류를 기준으로 합니다. 장비가 일반부하라면 차단기는 105A×1.25 = 131A이므로 150A로 하면 됩니다. 만약 용량이 큰 전동기가 있다면 전동기 정격전류×3+나머지 부하정격전류하면 됩니다.

Q. 전압 교류 100V를 50V 정도로 다운하는 방법이 있나요? 어떤 물체를 부착시켜서 다운하는 방법은요. 가변저항을 연결한다고 들었는데 가변저항 용량도 알고 싶습니다. 가변저항을 사용해서 3일 정도 효과를 보다가 타버렸습니다. 왜 그럴까요? 

A. 변압기로 Down을 시켜야 합니다. 가변저항으로 전압을 Down 시키더라도 가변저항은 부하이기 때문에 그 전압을 사용하지 못합니다.

Q. 다름이 아니라 모터 마그네트에 과부하계전기를 설치하려고 합니다, 과부하계전기에 보면 암페어 설정값을 세팅하는게 있는데 설정 값을 모터의 정격전류×1.25로 계산해서 하면 되는 것인지요? (모터명판이 있는 전류값) 만일 명판이 없다면 P=√3×VICOS 값으로 계산해서 부하전류 구해서 곱하기 1.25 해주면 되는 것인지요?

A. 왜 1.25로 하는지? 기본적으로 과부하라 하면 정격을 Over 하는 것을 말합니다. 정격이라는 의미도 알아야 합니다. 전기기기에서 정격은 Limit입니다. 즉 한계라는 것입니다. 그 이상이 되면 과부하입니다. 그래서 Setting은 그 정격을 기본으로 하여야 합니다. 해서 과부하 Setting은 Motor만을 보호 하는 것이 아닙니다. 기계도 보호 하는 것입니다. 결론입니다. Motor 최대 운전전류 < Setting 전류 < Motor 정격전류입니다.

Q. 문제는 3P3W 220V에서 단상 220V를 사용 하여 ZCT로 누설전류를 검출하려고 합니다.

3P4W에서 R-N 상을 ZCT에 관통 하였을 때 평상시 ZCT의 벡터 합은 “0”이라 알고 있습니다. 그런데 3P3W에서 ZCT에 R-S 상을 관통 하였을 때에도 벡터 합이 “0”이 되는지 알고 싶습니다. 누설전류 검출이 가능한지 확인 부탁드립니다.

A. 3P4W에서 R-N 상을 넣거나 3P3W에서 ZCT에 R-S상을 넣어도 ZCT에 넣는 전선이 1회로라면 벡터합은 0입니다. “키르히호프법칙에서 1회로의 합은 0이다.”입니다.

Q. 현재 고주파 유도로 설비(유럽)가 있는데 380V, 50Hz용입니다. 이 설비를 440V, 60Hz에 적용했을시 인덕터, 리액터, 커패시터에 문제는 없는지 궁금합니다. 또 적용했을 때 특별히 문제가 될 만한 요소는 어떠한 것들이 있는지 궁금합니다. 

A. XL은 주파수에 비례하고 XC는 주파수에 반비례합니다. 해서 인덕턴스는 1.2배가 증가하고 케페시스턴스는 1.2배가 감소합니다. 해서 440V에 사용을 하면 인덕턴스는 XL이 6/5가 되어 전류가 (440/380)/1.2 = 0.96으로 줄어들어 출력이 96%가 됩니다. 하지만 케페시스턴스는 XC가 1/1.2가 되어 (440/380)×1.2 = 약 1.4배로 용량이 증가하는 결과가 되어 발열 사고가 생길 수가 있습니다.

Q. 상 4선식 회로에서 중성선 굵기 문의합니다. 제가 알기론 상 부하가 불평형이 되면 중성선에 전류가 흐르게 되는 것으로 알고 있습니다. 물론 상 불평형률이 심해서 중성선에 많은 전류가 흐르게 되는 경우도 보았습니다만, 그런 경우는 상 불평형이 잘못되었다고 봐야 하므로 부하를 바꾸어야 할 것 같고, 정상적인 경우에는 중성선 전류가 상전류보다 크지 않다고 생각됩니다. 그러면 중성선의 케이블 굵기도 작게 해도 되지 않는지? 지금 삼상사선식 380V로 조명용으로 사용하려 합니다. 용량은 750kVA 정도인 데, 물론 부하 불평형은 생기겠지만 30% 이하 일 거라 행각 됩니다. TR 2차에서 ACB까지의 케이블 선정 시 보통은 각 상 케이블과 같은 것으로 하는 것으로 알고 있는데, 혹시 이 정도 용량의 TR 사용할 경우, 중성선에 흐르는 전류는 얼마 정도 되며, 케이블 사이즈는 각 상의 케이블보다 작게 설계해도 문제가 없을지 궁금합니다.

A. 각 상 케이블과 같은 것으로 하는 것으로 알고 있으면 그것이 정답입니다. 한데 불평형이 30%만 되는것이 아닙니다. 부하가 단상으로 적게 걸릴 수도 있습니다. 그땐 불평형은 100%도 될 수 있습니다. 하지만 지락계전기의 Setting은 단순히 불평형에 대한 Setting이 아닙니다. 정격전류의 30% 이하로 합니다. 하지만 불평형 전류가 정격전류 이상은 되지는 않습니다. 해서 대부분의 3상 4선식 부하의 전선은 4C Cable을 사용하면서 상전선보다 바로 밑 굵기인 중성선이 들어 있는 전선을 사용합니다. 예로 16SQ×3+10SQ, 25SQ×3+16SQ 750kVA의 정격전류가 1,140A입니다. Cable은 정격전류를 가지고 허용전류 표에서 선정하시면 됩니다.

Q. UPS 축전지 수량에 대해 알고 싶습니다. 출력 220V에 축전지 12V에 셀 수가 16, 18, 20셀 등 축전지 수량이 다른데 기준이 있습니까. UPS 용량에 따라 축전지 셀 수량이 결정되는지요? 16셀을 사용하다가 18셀로 사용 가능한지요? 수량에 바뀌면 세팅도 다시 해야 하는지요?

A. UPS의 축전지 전압은 정류부의 균등충전(또는 균등충전 구분이 없는 축전지는 통상 충전전압)을 기준으로 각축전지의 충전전압으로 나눈 수량을 씁니다. 정류부의 전압은 UPS의 인버터 설계 시 전력 반도체(FET, IGBT, SCR 등)의 특성에 맞춰 선정됩니다. 12V짜리 16개와 18개는 전압차이가 크므로 정류부의 충전전압과 인버터의 입력전압에 영향이 없는지 제조처에 문의해 보시고 사용하셔야 합니다. 간혹 보수를 위해 2V짜리를 한, 두 개 더하거나 빼는 경우가 있기도 하지만 보수가 끝나면 원래 수량으로 맞춰줘야 합니다.

기기 주위온도 낮게 운전하면 부하 더 사용할 수 있어

Q. 안녕하세요. EOCR에서 CT가 전류를 검출하는데, 그 전류가 기동전류인지 과전류인지 어떤 방식으로 구분하여 D-Time, O-Time이 동작하는건지 궁금합니다.

A. EOCR에서 D-Time은 Motor의 기동 즉 스타트 시간은 무시하는 시간입니다. Motor를 기동할 때는 여러 가지 기동 방식이 있습니다만 와이 델타 기동방식에서는 정격전류 3~6배의 전류가 올라갑니다. 이때 보편적으로 D-Time을 6~8초 정도로 세팅을 합니다. 이 시간만큼은 트립이 되지 말라는 것입니다. 이 시간이 초과를 하게 되면 EOCR 이 동작을 하여 Motor를 보호 하기 위함입니다. 그리고 O-Time은 정격운전중에 정격부하의 초과로 부하가 걸릴 때 O-Time 시간만큼 시간이 경과하여 계속 전류가 걸릴 때 EOCR 이 동작을 하여 Motor를 보호하기 위함입니다. D-Time은 기동 시에 필요한 설정값이고 O-Time은 운전 중에 필요한 설정값이라고 생각하시면 됩니다.

Q. 1. 인버터는 주파수를 변화시켜서 모터의 속도를 변화시킨다고 알고 있습니다. 그런데 인버터는 VVVF이라서 주파수와 전압을 모두 변화시키잖아요? 여기서 질문, 왜 Variable Voltage! 전압까지 변화시키는 겁니까?

2. 그리고 인버터를 사용하므로써 전기 절감 효과가 있다고들 합니다. 만약 측정했을 때, 인버터입력측 전압: 440V, 전류: 40A이고 인버터출력측이 전압: 550V, 전류: 32A이라면 이것이 절감효과가 있는 것입니까? 결국 소비 전력은 입력 측에서 계산된 값으로 전기료로 내야 하잖아요? 즉, 인버터로서 절감을 한다는 말은 속도를 낮추어서 전기를 절감한다는 뜻인가요? 그렇다면 속도를 낮추었을 때 얼마나 전력절감을 할 수 있는 것일까요?

3. 마지막 질문. 인버터 디스플레이창에 디스플레이 되는 부하전류는 만약, 인버터입력측 전압: 440V, 전류: 40A이고 인버터출력측이 전압: 550V, 전류: 32A이라면 출력측 전류(32A)일까요, 입력측 전류(40A)일까요.

A. 1. 전압은(교류) 주파수를 포함하고 있는데 이것이 주파수와 비례하여 주파수가 커지면 전압이 높아지고, 작아지면 전압이 낮아집니다.

2. 당연히 전압이 낮아지면 그만큼 전류도 낮아진 것이기 때문에 그렇고요 (전압=전류×전압. 전류에 주파수가 포함되어 있음) 인버터 입력이 440V인터 출력이 550V로 더 높게 나온다는 것은 본적이 없네요. 상식상 440V 이상은 출력전압이 안 나와요.

3. 디스플레이되는 전류는 부하전류로 출력측 32A가 맞습니다. 제가 알기론 입력측과 출력측이 전류가 다르게 나오는데 차이가 8A 차이면 그만큼의 에너지 소비가 적게 된다고 합니다.

Q. F종일 경우 주위온도(40)+권선의 온도상승(100) + HOT SPOT(15) = 155도로 알고 있습니다.

그런데 의미 자체가 이해가 잘 안 돼서요 만약에 주위온도가 60도로 올라간다거나 반대로 주위온도가 10도로 내려가면 어떻게 적용을 해야하는지요 여러 가지 사례를 검색해보았는데 이해가 잘 안 돼서 질문드립니다.

A. 주위온도 40℃는 기기를 사용하는 주위의 최대 예상온도입니다. 여름철에 주위온도가 60도까지 올라간다면 그 기기의 온도상승 한도는 80도입니다. 해서 현재 주위온도 0도이고 기기온도가 80도라면 여름철 기기온도는 140도 이상 올라간다는 것입니다. 반대로 여름철 최대 주위온도가 20도라면 F종기기의 온도상승 한도는 120도가 되는 것입니다. 즉 기기의 주위온도를 낮게 운전을 하면 그만큼 부하를 더 사용 할 수 있다는 것과 같습니다.

Q. 전동기에 의한 팬을 구동하고 있습니다. 전동기는 380V 10마력이고 2,400rpm정도 입니다. 사용 조건상 그리고 시험장비 감속기 등의 사용없이 전동기의 속도를 사변해서 사용하고 있습니다. 인버터를 이해해서 고속운전, 저속운전으로... 고속시는 50Hz, 2,000rpm으로 운전하며 저속시엔 15Hz, 600rpm으로 운전되며 고속운전시간은 25분 저속운전시간은 20분입니다. 

사우나 기계실이라 온도가 30도에 가깝습니다. 운전을 3일 정도 하고 있는데요. 전동기에 저속운전시 소음이 나면서 코일카바에 열이 나고 있습니다. R, S, T 각 상의 전류를 체크하면 2% 정도의 차이가 발생하고 있는데요.

왜 전류의 차이가 생기는지 모르겠습니다? 그리고 인버터에 대하여 얄팍하게 아는 상식은 30Hz 미만으로 오래 동작되면 안 좋다는 정도를 알면서도 시간상 그리고 시험장비라 그냥 쓰고 있는데요. 인버터에 열나는 걸 우려해서 신선한 외부 공기를 전기판넬로 공급하고 있습니다. 그래서 괜찮지 않을까? 라고 생각하고 있는데요.

전동기에 소음과 열나는 것에 대해선 전혀 생각하지 못했던 상황입니다. 어떻게 이해를 하고 대처를 해야 할까요?

A. 2,400rpm 모터라면 당연히 그렇습니다. 모터 타입도 인버터형 모터 그냥 범용 모터 이 두 단계로 나뉘어집니다. 보통 범용 모터의 경우 정격대에서 사용하게끔 설계가 되므로 저속 영역에서는 효율성이 떨어집니다.

모터 효율이 떨어진다는 것은 그만큼 기계적인 손실이 많다는것을 뜻하고 이는 모터를 저속영역에서 구동시에 발열형상이 상대적으로 많게됩니다.

보통 인버터 연동 사용 시 10~60Hz(상기 모터 적용 240~2,400rpm) 영역에서 사용하게끔 권장하고 있습니다. 그 밑의 영역으로 구동 시에 위에 말한 효율이 떨어지는 현상이 심하게 되고, 심한 경우 데드밴드 동작안 하게 되는 현상도 발생됩니다. 보통 이 영역은 6Hz 미만입니다. 그래서 이 저속영역을 보강하기 위해서 인버터형 모터가 나오게 된거구요

저속으로 운전 시 당연 열이 올라가는데, 그 이유는 팬속도도 저속으로 돌기 때문에 열을 못 식히기 때문입니다. 이 두 가지 문제로 그러한 현상이 발생하는 듯 싶습니다. 그리고 열발생문제는 선풍기나 이런 걸로 따로 열을 식히면 되구요 절연등급이 얼마인지 모르겠는데 F클래스 등급 기준 모터 외함 온도가 100도 이하일경우 큰 문제가 되지 않습니다. 다만 수명이 줄뿐이죠.

Q. Fan Motor를 장시간 (2~3년) 오결선으로 사용을 했는데 이상이 없습니다. 380/220V 와이델타 Drive 쿨링 팬인데, 380전원에 델타 결선을 해서 사용해왔습니다. 

처음 입사 후에 드라이브 보드가 고장이 나서 그런가 보다 하고 선임들이 차단기를 따로 설치해서 팬을 사용해왔습니다. 그리고 2~3년 이 지난 지금 우연이 결선상태를 확인해 보니 오결선 이더군요. 상식적으로 Motor가 이상이 있을거라 생각을 하는데 왜 이상 없이 사용이 되고 있는지 선임에게 물어보니, 정확한 이유보다는 팬자체가 열을 바로바로 시켜줄 수 있어서 그럴수도 있지 않을까? 하고 대답을 해주시던데 아직 정확한 이유를 모르겠습니다 . 

즉 와이 결선으로 사용해야 하는 팬모터를 델타로 사용했는데 이상 없이 돌아가는 이유가 무엇일까요?

A. 먼저 어떻게 될 거라 생각을 하시는지? 기본에서 전압이 √3배 커져서 출력이 커진 상태가 되겠네요. 그러면 부하가 일정하다면 어떻게 될까요. 출력에 따른 전류가 1/√3으로 줄어들겠지요. 여기에서 생각해야 할 여러 가지가 숨어 있습니다. Motor Coil은 저항과 인덕턴스가 병렬로 존재하는 것과 같습니다. 기동이 완료하기 전에는 2차가 단락이 되어 정격의 6~7배 정도전류가 Motor가 갖는 병렬 Z에 의하여 흐릅니다. 결국 전압에 비례하여 전류가 흐른다는 예기이지요. 기동 시는 전압이 √3배 커지면 전류도 √3배 커져서 전력은 3배로 소모 열을 발생하지요. 기동 시 이때 대부분 소손이 됩니다. 기동이 되고 나면 토르크가 커져 슬립에 의한 유도 전력이 줄어들고 전류는 줄어듭니다만 Coil이 갖는 고유저항에 의한 전류는 √3배가 더 커져 서로 상반 된다고 볼 수 있습니다. 여기에서 줄어드는 전류와 커지는 전류가 변수입니다.

이것을 이해하려면 Y-델타 기동 시 전압을 낮추어 기동하는 것을 이해하셔야 됩니다. 소손이 안 된 이유는 기동시간이 그다지 길지 않았고 운전 시 전류가 적어져서 소손이 안된 것으로 추정합니다. 운전시 A를 측정해 보세요. 아마 Motor가 소손 되지 않았다면 전류가 정격전류보다도 훨씬 적었을것입니다. 이것은 어디까지나 낚시꾼의 추정입니다.

Q. 저는 Plant 전기 설계를 하고 있습니다. 이번에 Single Line Diagram을 작업하고 있는데 Breaker Size 를 구해야 합니다. 예를 들어 메인 부스가 3PH, 3W, 440V, 60Hz, 2,000A 라하고 Motor 용량이 30kW 일때 AF 와 AT 를 구하고 싶습니다. 어떻게 구하는지 알려주시면 감사하겠습니다.

A. 메인 부스 3PH, 3W, 440V, 60Hz, 2,000A는  30kW보다 충분한 용량이 되므로 Motor관련 차단기선정만 생각을 하면 됩니다. 차단기에서 중요한 요소는 차단정격전류용량과 정격전류입니다. 차단정격전류용량은 부하에서 단락사고가 발생할 때 차단기에 흐를 수 있는 최대허용 전류값입니다. 단락전류 계산은 단락 시 Z를 알아야하고 V에서 그것을 나누어야 합니다. V/Z = I입니다. 단락 시 Z는 변압기의 Z와 선로의 Z(차단기 2차 단락점)를 합한 것입니다. 해서 차단정격전류가 단락전류보다는 무조건 커야 합니다. 정격전류(AT)는 30kW Motor의 정격전류×3배이어야 합니다. 차단기 AF는 Frame 전류로 설치장소 등의 Space 등을 고려하여 선정합니다.

Q. 1. UVR: 부족전압계전기, 세팅값 이하로 전압이 떨어졌을 때 단락되어서 회로를 재구성한다고 합니다. EOCR은 어떤 기능인가요? 명칭은 어떻게 되나요? 

2. OCR: 과전류 계전기, 관전류를 차단해서 회로를 차단하는 기능입니다. OVR 어떤 기능을 하죠?

3. PT・CT도 전압과 전류가 허용치 이상으로 흐를 때 차단해서 기기를 보호하는 기능을 하는 건데 이런 설명으로 보면 UVR이나 OCR과 같은 기능을 하는거 같은데 PT, CT는 MOF에 흐르는 전류 전압에 관해서 동작하는 기능을 하는 건가요?

인터넷이나 자료 찾아보면 UVR과 EOCR이 같고 OCR과 OVR이 같은 기능을 하는거 같아서 명칭도 같던데 똑같나요? 아니면 잘못된 건지

4. 그리고 수배전실에서 정전이 되면 UVR이 트립이 되어서 메인VCB가동 → 발전기측 ACB가 가동이 되고 발전기가 동작이 된다는 것이 맞나요? 

A. 1. UVR(Under Voltage Relay): 부족전압 계전기는 전압이 세팅치 이하로 떨어졌을때 동작하여 (접점을 연결함, 스위치를 온 하는 것과 같음) 차단기를 차단할 수도 있고 뭐 다른 것 경보를 한다든가 그렇지요. 유도형 UVR 을 설명하면 시계 유사(스프링) 같은 것으로 원판을 접점쪽으로 힘을 가하여 놓고 전압코일에 세팅치 보다 높은 전압이 걸릴 땐 스프링 힘을 이겨 원판이 그대로 있어 접점이 이루어지지 않지만 전압이 낮거나 무전압이 되면 스프링 힘에 의해서 원판이 회전을 하여 접접을 닫지요.

EOCR: 이것이 나오기 전에는 그냥 OCR이라고 해서 모터 같은 것의 과전류 보호 계전기로, 원리를 설명하면 도선에 전류가 흐르면 열이 나지요. 이 열을 바이메탈에 전달하여 휘어지는 것을 이용하여 접접을 오픈시켜 차단하는 것이었는데, 조금 더 발전을 하여 전자식 과부하리레이(Electronic Over Current Relay) 라고 하지요. 앞에 설명한 리레이를 열동형 과부하리레이라 하면 이것은 전자식 과부하 리에이라 하지요. 원리를 간단히 설명하면 일단 부하에 흐르는 전류를 CT를 통해서 검출하여 이 전류의 양을 전자회로 (머 TR, 콤파레이타)등으로 비교하여 세팅치 이상이 되면 작동이 되도록 하였다.

2. OCR: (Over Current Relay) 과전류 계전기는 유도형 과전류 계전기를 설명하면 유사(스프링)의 방향이 1 번설명과 반대로 힘을 가하고 있다가 계전기의 전류코일에 어느 이상의 전류가 흐르면 스프링의 힘을 이겨 접점을 닫지요.

OVR: 은 (Over Voltage Relay)로서 계전기의 전압코일에 세팅 전압보다 높은 전압이 걸리면 스프링의 힘을 이겨 원판의 회전을 하여 접점을 닫지요.

3. PT・CT(Potential Transformer. Current Transformer)로서 몇백암페어가 흐르는 전기선을 배전반에 가져올 수 없지 않아요? 그리고 높은 고압 특고압을 배전반에 가져올 수 없잖아요? 그래서 CT는 2차 전류가 5A, PT는 2차전압이 110V 되게 한 변압기라 생각하면 됩니다. 이 전압 혹은 전류를 1번 2번에서 설명한 계전기의 전류코일 혹은 전압코일에 인가하여 과전압, 부족전압, 과전류를 측정하지요.

4. 정전이 되면 UVR동작 VCD차단 후 발전기 가동 후  발전기 ACB투입 아마 이렇게 되지요. 

Q. 초보 설계자입니다. 기존 안정기에 점등할 때, 위이잉 이런 소리가 납니다. 왜 이럴까 생각을 하지만 답을 모르겠어요. 부품이나 진동에 의한 소리일까요? 확실히 소리는 안정기에서 나는 건데 노이즈 필터가 문제일까요? 기본적인 안정기 테스트는 뭐가 있을까요?

A. 문제는 안정기가 전자식이 아니라, 기계식(자기식)안정기 이기 때문입니다. 기계식 안정기는 전자식과 달라 규소강판이 성층으로 이루어져 있어 철손실, 히스테리시스손실이 발생하게 됩니다. 철심에 코일이 감겨져 있어, 전류가 흐르게 되면 코일에 자계가 발생하여 손실이 발생하게 됩니다. 이렇게 되면 자속밀도도 상승하게 되죠! 그리하여 처음 점등 시에는 전류를 많이 사용하진 않지만 전자식 안정기에 비하여, 장시간 사용 시에는 전기사용량이 전자식안정기보다 많아지게 됩니다. 하지만 이와 달리 전자식안정기는 첫 점등 시에만 전기사용량이 많을 뿐 차츰 전류가 안정화되어 기계식안정기보다 효율이 높습니다. 

점등 시에 노이즈가 발생하여, 민감한 분은 신경이 많이 쓰일 수도 있습니다. 요즘에는 전자식 안정기 사용으로 이러한 문제점을 많이 줄었습니다. 전자식안정기를 사용하시면 이러한 문제점을 고칠 수 있습니다.

Q. 플레밍의 왼손법칙과 오른손 법칙 수많은 글을 읽어도 같은 말이라서 단지 외워질 뿐, 실제로 어떻게 이용을 하는 건지 모르겠네요. 실제 전동기 회전자의 회전축, 코일, 고정자와 왼손법칙의 힘의 방향, 자속의 방향, 전류의 방향 전동기가 왼손법칙의 원리라는데 실제 전동기를 보고도 왼손법칙으로 힘의 방향을 어떻게 매치하는지 잘 모르겠네요.

A. 엄지손가락은 힘이고 검지손가락은 자속이고 중지손가락은 전류에 해당합니다. 먼저 Motor에 전원이 들어가면 Motor Coil에 전류가 흐르면서 고정자에 자극이 생깁니다. 자극이 있으면 자력(흡인력)이 생깁니다. 자극은 R.S.T가 1초에 60Hz로 회전위상을 갖습니다. 그러면 R.S.T가 회전하면서 자력(흡인력)에 의하여 회전자를 돌려주는 것이 되고 그렇게 회전하는 것이 아라고의 원판 원리입니다.

그리고 N극에서 S극으로 자속이 흐르는데 그 자속(검지 방향)속에 도체를 놓으면 도체(회전자의 단락 편)에 전압이 유도되고 이때 흐르는 전류가 중지손가락 방향이 됩니다. 이 전류에 의하여 자속이 생깁니다. 그 자속은 주자속과 합하여지면서 한쪽은 증자되고 한쪽은 감자되어 힘(엄지손가락)이 회전방향으로 증가되는 역할을 합니다.