전기박사의 ‘現問賢答’

기기에 영향을 주는 것은 피상전력, 부하는 감전과 무관

Q. 인버터판넬로 펌프, 공조기, 휀을 기동하기 위해 제작을 하는데요. MCCB 선정 이해가 안 되는 부분이 있습니다. 역률을 0.9 잡으라는데. 전동기 역률인가요? 공식은 이게 맞는지요?

Ex) AC 380V, 3상3선, 30kW→공식 30,000/루트 3×380×0.9 (역률) 위에 나온 값에 1.6~2배를 해서 100AF 짜리 차단기를 쓰는데요. 왜 1.6~2배를 해야 되는지요? 또 마그네트 표에 보면 30kW-MC-65 (65A)급을 사용하라고 돼 있는데. 왜 65A인지요? 65A급인데 차단기는 왜 100A급인지 이해가 잘 안 됩니다.

A. MCCB는 과전류나 단락 시 자동으로 전로를 차단하는 기능을 가지고 있습니다. Motor에서의 차단기 선정기준은 직입기동시에 정격전류의 3배로 설치토록 하고 있습니다.

그러나 Inverter나 Y-델타, Reactor 기동 시는 1.5~2배정도를 선정합니다. Motor의 MCCB 역할은 단락차단이 주목적입니다. 하여 기본적으로 기동 시에는 절대적으로 TRIP이 되어서는 안 되기 때문입니다. 그리고 MC는 정격전류의 1.25배를 선정하는 것이 좋습니다. 따라서 선정은 Motor 정격1.25≤MAGNET≤MCCB(Motor정격3배)를 기준으로 하면 됩니다. 그렇다고 해서 MCCB를 무조건 3배로 할 필요는 없습니다. Motor가 기동 시 Trip만 되지 않는다면 낮을수록 회로 보호차원에서 좋습니다.

Q. 한류리액터 방식과 소호리액터접지와 무슨 차인지요? 사용하는 방식인지요?

A. ■한류 리액터: 차단기 1차에 직렬 접속하여 단락 전류 억제 및 차단기 용량 경감

■직렬 리액터: 콘덴서 돌입전류, 파형개선, 고조파 방지전동기 기동 전류 억제

■소호 리액터: 중성점 접지(3상 일괄 정전용량과 공진)하여 지락지점의 아크를 줄이는 목적으로 사용하여 소호 리액터라 함

■분로 리액터: 송전단이나 변전소에 설치하여 패런티 현상 방지

■기동 리액터: 전동기의 리액터 기동방식에 사용 기동전류 억제

■평활 리액터: 정류기 등의 2차 회로에 설치하여 평활회로 목적

Q. 3상 유도전동기 모터가 기동할 때 마그네틱을 이용하여 와이 델타를 쓰게 되는데 궁금합니다. 와이결선에서도 380V/220V가 있는데 결선에 보면 1~6번 중에서 1, 2, 3, 4, 5, 6중 3개 선들이 묶이면 380V로 알고 있는데요 처음에 와이 220V→델타220V로 사용되는 건가요? 만약 380V로 사용한다면 와이에서는 380결선이 있는데 델타에는 380V가 있나요? 220V만 있는 걸로 알고 있어서요. 와이에서 델타로 기동하는 방법이 궁금합니다. (V 방식이 궁금합니다.)

A. 380V/220V Motor는 Two Voltage Motor입니다. 이것은 계속 운전을 할때의 전압으로 Y에서는 380V이고 델타에서는 220V입니다. 그리고 Y-델타 기동은 Panel에서 220V를 가지고 Motor의 결선을 Y로도 했다가 델타로 합니다.

그리고 Single 380V의 Motor도 있습니다. 이경우는 내부에서 Y로 결선을 하여 3선으로 인출 380V로만 사용토록 하기도 합니다.

Q. 수용률에서 최대수용전력과 부등률에서 각기 최대수용전력과 합성최대전력의 차이점이 무엇인지요? 예를 들면 부등률에서 각기 최대수용전력이라 함은 각 부하의 시간과 관계없이 최대로 소비되는 전력을 모두더한 합이고 합성최대전력은 각 부하의 동 시간대에서 합한 총소비 전력의 합중 가장 큰 시간대에서의 전력이고 그렇다면 대체 수용률에서의 최대수용전력은 무엇을 말하나요? 흔히 변압기 용량은 합성최대수용전력이 곧 변압기용량이던데 간략하게 대략 나타내면 최대수용전력은 변압기용량으로 보기도 하더군요 그렇다면 서로 비슷하다는 건대 대체 최대수용전력은 뭘 말하나요? 합성최대전력이 동 시간대에서 각 부하들의 총합이 가장 큰 전력이라면 그냥 최대수용전력은 대체 뭔차이가 뭔가요?

A. 우선 수용률에 대해서 설명해 드리면 하나의 변압기가 있다고 생각하고 거기에 조명 100kW, 전열100kW, 냉방 300kW, 난방 400kW 부하가 연결돼 있다고 생각해보세요. 모든 부하가 동시에 걸리진 않겠지요?

특히 냉방하고 난방은 동시에 쓸 일이 없으니 동시에 많이 써봐야.. 조명+전열+난방=600kW 정도 쓰겠죠. 여기서 수용률은 (최대전력)/(설비용량)이므로 600/900=67% 정도 되겠습니다. 위에서의 최대전력을 최대수용전력 or 최대사용전력이라고 하기도 합니다.

부등률은 어느 변전소의 변압기에서 3군데 공장에 전원을 공급한다고 하고, 각각 공장의 최대전력(위의 수용률에서 분모 값)이 1공장 1,000kW, 2공장 2,000kW, 3공장 1,500kW라고 한다면. 위 공장 3군데의 1일 전력사용량을 그래프로 그리면 3군데 모두 최대전력을 사용하는 시간이 다를 것입니다. 만약 오후 3시에 3군데 공장의 전력합계가 최대가 4,000kW를 기록했다고 하면 즉, 부등률은 (각각의 공장의 최대전력의 합계)/(24시간 중 동시에 걸린 가장 큰 전력량)입니다. (4,500)/(4,000)=1.125가 되는 것입니다.

위 예는 공장에 전력을 공급하는 변전소의 TR이 기준이 된 부등률이고, 만약 공장이라면 각각의 변압기에 전력을 공급하는 메인 TR이 기준이 되겠지요.

Q. 전기요금고지서에 지상역률 95, 진상역률 98 이렇게 표시되어있는데요. 이뜻좀 풀이해주세요. 그리고 전기요금에 어떤 영향을 미치는지요. 궁금합니다. 

A. 지상역률 이라는 것은 부하기기 중 유도성 즉 Coil 성분의 Motor와 같은 기기들을 많이 사용 할 경우에 전압보다 늦은 전류가 유입되면서 실제 사용하지 않는 불필요한 전류가 더 유입되는 상태를 말합니다.

진상역률은 반대로 용량성 부하들을 많이 사용하거나 Condenser를 과대하게 설치 할 때 전압보다 빠른 전류가 유입 실제 사용하지 않는 불필요한 전류가 더 유입되는 상태를 말합니다.

그리고 역률에 따른 부과기준입니다. 지상역률은 0.9이상을 유지 하여야 하고 진상역률은 0.95 이상을 유지 하여야 합니다.

역률요금제도는 지상역률 90% 기준으로 95%까지 역률 0.5%당 기본요금 할인 할증료 0.5% 적용, 심야시간대(23~09시) 진상역률이 95%(과진상시) 미달 시 할증요금 부과, 30분 단위 평균역률 계산 적용입니다.

Q. 화학공장 같은 경우 비접지로 구성하여 전동기 등을 돌리는 걸로 알고 있습니다. (전체 정전 방지를 위해) 예를 들어 440V이고 전동기 외함을 접지한 경우 전동기 내부에서 누전 등이 발생했을 때 변압기가 예를 들어 3.3KV/440V 델타-델타 비접지 일 경우 루프가 형성되지 않아 인체 보호 등이 되는건지 문의드립니다. 아울러 ZCT 가 설치되어 있으면 감지가 되는건지도 문의드립니다. (GPT 같은 것들이 설치되어 있지 않은 경우입니다.)

A. 기술기준의 판단 기준 제23조에 “고압 또는 특고압과 결합되는 변압기의 저압 측 중성점에는 제2종접지를 하여야 한다”라고 있습니다.

그리고 41조에는 “사용전압 60V 이상의 기기에 공급하는 전로에는 전로에 지락시 자동으로 지락차단을 할수 있는 장치를 설치하여야 한다”라고 되어 있습니다.

때문에 상기의 변압기는 3.3KV/440V 델타-델타로 비접지로 하여 사용할 경우 GPT & ZCT를 사용 67 지락계전기를 설치하여야 합니다.

비접지로 사용 할 경우 인체에는 위험하지 않지만 1선 지락사고 시 건전상의 전위가 √3배까지 상승되고 지락사고전류가 간헐적으로 흐르거나 계속 흐르도록 방치를 하면 Capacitance의 반복충전과 Capacitance와 기기 간 Inductance에 의한 공진에 의해 발생하는 과도 이상전압(6~8배 정도)가 되어 기기의 절연을 파괴시키고 2~3대의 전동기를 동시에 소손을 시키기도 합니다. 따라서 비접지 계통에서도 지락시 ZCT와 GPT를 사용 지락 차단이 되도록 하기도 하고 GTR과 NGR를 사용 지락전류가 흐르도록 합니다.

ZCT만 설치 시에는 지락시 정전용량에 의한 용량성전류가 다른 ZCT에도 그 전류가 흘러서 아무 의미가 없습니다.

Q. OCR, OCGR, OVR 등 계전기 정정치를 어떻게 계산하는지 잘 모르겠습니다. 혹시 계전기 OCR이나 OCGR 등을 설정하는 설명 해주거나 알려주는 곳은 없나요? 

A. 계전기 설정 탭은 3, 4, 5, 6, 8 이렇게 다섯 개로 되어 있습니다.

계전기가 동작시키는 변압기 용량, 차단기용량, CT 비를 확인하시어 설정 값을 정하고 맞추어 주시면 됩니다. 변압기가 500kW 이고 2측 전압이 380/220V, 차단기 용량이 1,250A이고 CT 비가 1,000/5A인 경우 변압기의 최대 허용전류는 500,000/380/1.732=760A

따라서 2차 측 부하가 760A 이상이면 변압기에 무리가 가해지므로 760 이상이면 차단기가 동작하도록 하면 됩니다. 현재 1,000/5 일 때 기준 탭이 5라면 1,000A가 기준이므로 탭이 4가 되면 800A 기준이 되어 탭을 4로 하면 무난할듯합니다.

혹시 부하가 훨씬 못 미친다면 탭을 3으로 해서 600A로 맞추어도 됩니다. 1,000/5=200A이므로 탭간 전류 차이는 200A입니다.

Q. 전동기 등을 부하로 하는 회로의 주차단기를 선정할 때에Ib≤3ΣIM+ΣIL 또는 Ib≤2.5IW 작은 값이라고 하는데 우리 공장 같은 경우 펌프 5.5kW 4대, 3.7kW 1대, 2.2kW 1대, 1kW 4대 등(총 35kW 정도)이 있는데 (모두 3상 380 직입기동) 기동 무시하고도 부하전류가 66a 정도 되는데 Main 누전차단기 75a거든요 위 공식이 여기에 해당이 안 되나요? 

A. 상기의 공식은 용량이 큰 전동기가 있을 경우입니다. 그 공식에 적용할 필요는 없습니다. 하지만 Main이라면 여러 가지를 고려하여야 합니다. 총부하 최대 전류의 1.25배 이상은 되어야 합니다. 그리고 전동기의 동시기동을 고려하여야 합니다.

하지만 다행히 부하가 큰 것은 없네요. 5.5kW 2대가 동시 기동을 한다면 기동 시 130A 정도의 전류가 되어 문제가 될 수도 있습니다. 이때는 200A 정도가 될수도 있습니다. 하여 부하전류가 66A라면 100A 정도로 교체할 필요가 있습니다. 그리고 전선의 허용전류는 차단기 정격 100A×1.1배 정도는 되어야 합니다.

Q. 감전 및 장비에 위해를 주는 전력이 피상전력인가요? 유효전력인가요? 계량기에 검침되는 것은 유효전력으로 알고 있는데, 극단적인 예를 들어 역률이 0 이라면, 유효전력 0% 무효전력 100%인데요. 이래도 감전이나 기기 손상이 있는 걸로 알고 있거든요.

예를 들어 순수하게 100% L 부하를 변압기 코일로 잡는다면 On/Off 시 충격전류가 발생하게 되는데, 역시 사람이나 장비에 큰 타격을 줄 수 있다고 봅니다.

후크메타에서 필터 기능을 On 시킨 순수한 유효전력만 흐르는 전류치이고 사람 및 기기를 손상하는 전류라고 하는데 순간 이해가 안 되었습니다. 결국 질문의 요점은, 무효전력이나 무효성 전류, 즉, 순수 C 부하거나 순수 L 부하도 감전이나 기기손상을 주지 않나요? 예를 들어, 콘덴서나 변압기 On/Off시 라든지요.  

A. 피상전력은 부하에서 일을 할 때 들어가는 √(유효2+무효2)입니다. 실제 일은 유효전력으로 합니다만 기기에 그 일을 하기 위하여는 피상전류가 들어갑니다. 그 전류에 의하여 피상전력이 됩니다. Motor & 변압기들이 일을 할 때 유효전력에 의하여 일을 합니다만 정격전류는 즉 피상전류입니다. 따라서 기기에 영향을 주는 것은 피상전력입니다. 변압기 사용 시 역률이 나쁘면 피상전류가 많이 흘러 유효전력을 많이 사용할 수 없습니다. 그리고 C나 L은 그리고 R은 부하입니다. 부하는 감전과 무관합니다.

감전은 인체에 전압이 가하여져 전류가 흐를 때 발생 하는 것입니다. 부하가 인체와 직렬로 되어 전류가 흐른다면 당연히 위험하지만 전류가 흐르는 회로를 만졌다 하여 위험한 것은 아닙니다.