순간 전압강하 보상장치

1. 순간전압강하의 개념

순간전압강하란 0.07초에서 2초 정도 전압이 현저히 감소되는 현상을 말하며 통상 2초 이내에
원래 상태로 복구되는 것을 가리키며 전압강하의 비율은 50~70 % 이며 100 %인 경우도 있다.

1.1 순간전압강하 (Voltage Sag)

기준전압의 -10% ~ -90%의 전압이 0.5 ~ 30초 동안 지속되는 현상

1.2 순간정전 (Interruption)

기준전압의 -90% 이하의 전압이 1초 이내 동안 지속되는 현상

2. 순시 전압 강하 원인과 교란 상태

2.1 사고 정전

송전선 및 가공선의 선로 사고(지락, 단락, 낙뢰)로 인한 것으로 고장 제거 작업중에 발생하며,
순간 정전 및 계통의 기기 소손, 계전기의 오동작으로 인한 정전

2.2 작업 정전

정기 작업 및 사고 복구 작업 등으로 인한 정전

2.3 전압강하 :

부하의 과중, 부적정 선로굵기, 장거리 선로 등으로 인한 전압강하

2.4 상간 전압 불평형 :

부하 각상의 부하 불평형 및 변압기 접속 배전상의 원인으로 인한 전압강하

2.5 플리커 현상 :

단상 룸에어컨, 3상 유도 전동기, 용접기 등의 사용으로 파급되는 플리커로 인한 전압 강하

2.6 고조파 :

변환기의 고조파로 인한 노이즈 성분의 선로 침입으로 전압강하, 발열에 의한 전압 강하

2.7 전원의 교란 상태

3. 순간 전압 저하 현상.

3.1 송전선의 전력계통에 사고가 발생한 경우 전력설비의 자동보호기능에 의하여 사고설비를 고속으로 전력계통에서 분리하고 있다. 그러나 그 사고 송전선을 분리하기까지의 동안,
전압은(Voltage)는 배관의 압력(Pressure)과 같아서 고장지점은 물론 인근지역의 전압도 함께 낮아진다. 이 순간적인 전압저하를 순시전압 저하라고 한다.

3.2 순시전압 저하현상

정전 시간	0.1초 미만	0.1~0.2초	0.2~0.3초	0.3 초 초과
특별 고압	50 %	50 %	극히 드물다	극히 드물다
고압, 저압	40 %	40 %	20 %	극히 드물다

3.3 순간전압강하의 내량

4. 순간전압강하 피해

구분	시스템	조건	결과
OA, FA기기	공장프로세스 제어 Robot 사무용기기 의료용 기기	50% 이하 전압강하 0.03~0.07초 이상	메모리손실 프로그램 오동작 제어불량 송수신 정지
전자 개폐기	생산설비 공장 전동기	30~60% 전압강하 0.005~0.02초 이상	생산 중지 전동기 중단

구분	시스템	조건	결과
전력소자를 사용하는 가변속 전동기	산업용 전동기 엘리베이터 하수처리장 펌프용 전동기	10~20% 전압강하 0.015~0.02초 이상	전동기 정지
계전기	수배전 설비	10~20% 전압강하 1초 이상	차단기 Trip
고압수은등	조명설비 (백화점, 스포츠센터, 도로 등)	20% 전압강하 0.05초~1초 이상	소등

5. 전압의 교란상태, 순단, 순시전압강하에 대한 대책으로
사용되는 기기

5.1 절연 변압기

절연 변압기 (Insulation Transformer)는 중성선 또는 2 차측 1 선을 접지 시키지 않은 것이기 때문에 Line 과 Ground 사이에서 발생되는 Noise 의 영향을 감소시킨다.

5.2 전압 조정기

Voltage Regulator 는 약간의 부족전압, 과전압, Sag 나 Surge 등을 방지할 수 있으나, 과도현상에 의한 전압의 과도진동이나 순간정전, 주파수 변동 등을 방지할 수는 없다.

5.3 라인 콘디셔너

Line Conditioner 는 절연 변압기와 전압 조정기를 조합한 것으로, 전압의 과도진동이나 순간정전, 주파수 변동 등에 대해서는 역시 어쩔 수 없다.

5.3 회전형 UPS

Rotary UPS 는 그림과 같이 동기기와 Induction Coupling 및 디젤 엔진으로 구성된다.
정상운전 상태에서, 디젤엔진은 운전되지 않고 동기기가 전동기로 작용하여 인덕션 커플링의 외부 회전자를 1800 rpm 으로 회전시키고, 내부 회전자는 외부 회전자에 설치된 3 상 2 극 권선에 의해 3600 rpm 으로 회전한다.
즉 내부 회전자의 절대속도는 5400 rpm 이 된다.내부 회전자는 또한 상당한 관성 모멘트가 있어서 Fly Wheel 효과가 크도록 설계 되어 있다.
정전이 되면, 내부 회전자가 Induction Coupling 에 의해 외부 회전자를 1800 rpm 으로 회전시켜서 동기기가 발전기로 동작하여 무순단으로 전원을 공급함과 동시에 디젤엔진이 기동 되어 계속적으로 전력을 공급할 수 있도록 되어 있다.
회전형 UPS 는 정지형 UPS가 출현하기 전에 주로 사용되던 방식으로, 설치비가 비싸고, 소음과 수명 등에 문제가 있어서 근래에는 특수한 곳을 제외하고는 별로 쓰이지 않는다.

5.4 정지형 UPS

무정전 전원장치는 그림과 같이 정류기 ⇨ DC 필터 ⇨ 인버터 ⇨ 변압기 ⇨ AC필터 및 축전지 등으로 구성된다.
순간 Static UPS 는 회전형에 비해서 설치비가 경제적이고 소음이 적고 수명이 길어서 순간 전압강하, 순간 정전, 주파수 변환장치 등으로 그 이용이 확대되어 가고 있다.

6. SAG 보상 장치와 UPS 비교

구분	SAG 보상 장치	UPS
가격	저렴	SAG 의 3 배
보상 시간	100％ 부하에서 1초 순간정전/전압강하(SAG)막음 1초 이상의 정전은 못 막으나, 설비 정상 정지 가능	100％ 부하에서 30분 순간정전/전압강하(SAG)막음 30분까지의 정전 막음
전력 효율	98% 자체 소비 전력 낮음	91% 자체 소비 전력 많음
전압 보상	OFF LINE (문제 발생시만 보상 전원 공급) 고장시, 설비 정지 없음	ON LINE (항상 보상 전원 공급) 고장시, 설비 정지
축전 방식	전기 이중층 콘덴서 정전하와 부전하 서로 끄는 힘 이용, 환경물질 미배출	배터리 납과 황산과의 화학반응 이용, 환경물질 배출
유지 보수	쉬움 문제 발생시, PART 교체	어려움 배터리 상태를 항상 점검

구분	SAG 보상 장치	UPS
유지 비용	없음 콘덴서 방식으로 반영구적, 15년 보장	과다 발생 배터리 수명이 2.5년, 15년 동안 5회 교체 필요

7. SAG 보상장치 동작원리(머시닝센터 적용)

7.1 하드웨어 구성

7.2 동작 순서도

7.3 시험결과

시험 설비: WH5h4FC 현대 WIA 머시닝 센터

VSP 사양: VSP-3450S-SC3 (3상 380V 50KA)어드밴스드웨이브사

구분		테스트 시간	설비 동작 점검 결과	VSP 동작 후 잔여 보상 전력
탭 가공	절삭 공운전 (1.25 mm/rev)	순간정전(450 ms)	RUN	94 %
	절삭 공운전 (1.25 mm/rev)	정전사고(30 초)	비상후진	46 %
	절삭 이송 (1.25 mm/rev)	순간정전(450 ms)	RUN	96 %
	절삭 이송 (1.25 mm/rev)	정전사고(30 초)	비상후진	37 %
드릴 가공	절삭 공운전 (8,600 rpm , 1,200 mm/min)	순간정전(450 ms)	RUN	93 %
	절삭 공운전 (8,600 rpm , 1,200 mm/min)	정전사고(30 초)	비상후진	65 %
	절삭 이송 (8,600 rpm, 1,200 mm/min)	순간정전(450 ms)	RUN	100 %
	절삭 이송 (8,600 rpm, 1,200 mm/min)	정전사고(30 초)	비상후진	80 %
급속 이송	급속 이송 (15,000 rpm, 50,000 mm/min)	순간정전(450 ms)	RUN	77 %
급속 이송	급속 이송 (15,000 rpm, 50,000 mm/min)	정전사고(30 초)	비상후진	83 %