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순시전압강하(Voltage Sag)

순시전압강하(Voltage Sag)

[건87-2] 고조파 왜형율을 나타내는 전류 THD(Total Harmonic Distortion)와 전류 TDD(Total Demand Distortion) 의 차이점을 설명하시오

1. 개요

1) 순시전압강하는 대형부하의 투입, 선로의 고장, 대용량 전동기의 기동하는 동안 일시적으로 전압이 저하되는 전력품질 저하현상이다.
2) IEEE에서는 순시전압강하(Instantaneous Voltage Drop)의 조건을 전압의 저하가 0.1~0.9pu이며, 그 지속시간은 0.5~30cycle로 규정하였다.

순시전압강하

2. 발생원인

1) “전력계통의 구성하는 송전선에 낙뢰 등에 의해서 고장이 발생”한 경우 고장점을 보호계전기가 동작하여 차단기가 고장을 제거하는 사이에 고장점 중심으로 전압이 저하되며, 차단기의 재폐로에 의해서 순간전압강하가 지속된다.
2) “대용량 전동기의 기동”시 정격전류의 5~8배 수준의 매우 큰 기동전류에 의해 일시적인 전압강하 발생된다.
3) “전기로, 아크로, 압연기 등의 대용량 변동부하”의 사용에 의해서 일시적인 전압저하가 발생된다.
4) 콘덴서 투입시 큰 돌입전류와 함께 순시전압강하가 발생된다.

3. 영향

1) 컴퓨터

30% 이하로 전압저하가 0.05초 이상 지속되면 데이터 손실과 CPU 오동작

2) 가변속 인버터 전동기

15~20% 이하로 전압저하 0.01초 이상 지속되면 인버터 정지로 전동기의 운전이 정지된다.

3) HID 램프

20% 이하로 전압저하 0.05초 이상 지속되면 소등이 되며 재점등에 수분 소요

4) 모터에 사용되는 전자개폐기(M/C)

50% 이하로 전압저하가 0.01초 이상 지속되면 과도한 돌입전류 발생으로 전자접촉기의 떨림(Chattering) 및 개방으로 전동기 운전정지

5) 보호계전기 동작

30% 이하로 전압저하가 1초 이상 지속되면 저저압계전기(UVR) 등의 동작으로 차단기 동작으로 다수 부하의 정지

6) 조명설비

조도의 저하, 수명단축, 플리커 발생(백열전구, 형광등)

7) 릴레이(Relay)

30% 이하로 전압저하가 0.02초 이상 지속되면 각종 릴레이 오동작

4. 대책

1) 기기의 충분한 내량의 확보  순시전압저하 50%를 고려한 설계

2) 전력품질 안정화 장치의 채용

(1) 동적전압보상장치(DVR: Dynamic Voltage Restorer)  전용, 비용저렴
(2) 상시운전방식의 UPS(정지형, 회전형)  설치비 및 유지보수 비용이 큼
(3) SVC  L-C공진 발생, 사이즈 증가
(4) μ-SMES  연구개발 진행

3) 3권선 변압기의 채용

3권선 변압기 사용으로 일반부하와 전동기 부하의 분리하여 운전한다.

4) 초전도 저항형 한류기(SFCL: Superconducting Fault Current Limiter)

계통의 단락사고 발생시 신속하게 큰 한류저항을 발생시켜 건전계통의 전압의 저하를 억제한다.

5) 전동기 기동방식의 개선하여 기동전류를 억제

인버터 기동(Soft Start 방식), 감전압 기동(Y-△, 콘돌퍼 기동, 리액터 기동)

6) 계통측 대책

(1) 대용량 전동기, 대용량 변동 부하는 전용계통으로 공급
(2) 직렬콘덴서 설치로 선로의 리액턴스 저감
(3) 단락용량의 증대

※ SVC (Static Var Compensator)

대용량 전력전자 스위치인 Thyristor에 의해서 무효전력을 리액터(점호각 제어) 및 커패시터(스위칭 제어) 뱅크를 고속으로 제어함으로서 계통전압을 허용 범위내에 있도록 유지시키는 장치이다. Thyristor의 고속스위칭에 의해서 고속, 연속으로 무효전력을 제어할 수가 있다. 조합방식은 TCR+TSC, TCR+FC, TCR+MSC가 있으며, 일반적으로 1개의 TCR에 여러개의 TSC의 조합으로 시스템을 만든다.

SVC(전압변동)

※ 동적 전압보상기 (DVR: Dynamic Voltage Restorer)

동적 전압보상기

동적 전압보상기(DVR)은 직류 에너지 저장장치인 축전지의 에너지를 이용하여 PWM 제어 인버터로 교류전압의 크기, 위상을 제어로 부하가 요구하는 유효전력과 무효전력을 능동적으로 제어하는 장치이다. DVR은 주로 순시전압강하 보상을 위해 사용되기 때문에 무효전력의 공급을 위해 인버터에서 전압의 크기를 제어한다.

DVR은 일반적으로 50% 전압저하가 (0.1~수초)동안 지속되는 Sag를 방지할 능력을 갖는다. 그리고 대부분 Sag 50% 이하이다.

또한 DVR은 무효전력의 공급뿐만 아니라 흡수능력도 가지고 있으므로 순시전압상승(Swell) 및 전압의 불평형(Unbalance)을 개선시키는데에도 사용되며, 능동필터처럼 파형의 왜곡을 막아 고조파(Harmonics)를 저감시키는데에도 활용된다.

※ 무정전 전원공급장치 (UPS: Uninterruptible Power Supply)

UPS는 전원에서 발생되는 순시전압저하, 순간정전, 고조파, 노이즈 등에 의한 전력품질의 저하를 막고, 상용전원 정전시 중요부하에 정해진 시간동안 정전없이 부하에 전력을 공급하는 장치이다.

1) 정지형 UPS

정지형 UPS는 정류부, 인버터부, 정지형 동기절체 스위치, 축전지 및 제어장치로 구성된다.

정상적인 운전시에는 상용전원으로 부하에 전력을 공급과 동시에 부동충전방식으로 축전지를 충전하는 방식이다. 상용전원의 정전시에 축전지를 통해서 인버터를 구동하여 부하에 전력을 단시간 동안 전력을 무순단으로 공급하는 방식으로 신뢰성이 요구되는 부하에 적합하다.

정지형 UPS

2) 회전형 UPS

회전형 UPS는 전동기-발전기(M/G) 세트, 디젤엔진 및 플라이 휠과 같은 회전기를 포함되며, 회전체의 관성에너지를 이용하는 것으로 대용량에 적합한 방식이다.

정상운전시에는 상용전원에 의해서 전력을 공급하고, 상용전원 정전된 경우 과도시에는 인덕션 커플링의 내부 및 외부회전자가 가지고 있는 관성에너지에 의해서 전력을 공급하고 2초이내에 디젤엔진이 기동을 완료하여 디젤엔진 발전기로 부하에 전력을 공급하는 방식이다.

회전형 UPS

[디젤엔진 회전형 UPS]

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