BJ 전압변동 정전기*

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전압변동 정전기

전압변동 정전기

선로의 전압 변동
순시 전압강하 원인과 방지대책
플리커 현상 및 대책

정전기
제전기
과도 불안정 발생원인과 영향

패란티 현상
정지형 무효전력 보상장치(SVC)

💯기출문제

●A01건축물의 대형화, 부하의 다양화 등으로 인한 전압변동에 대한 검토가 매우 중요하다. 전압변동의 계산방법에 대하여 상세하게 설명하시오

모범답안(전압변동)

전압변동이란?

전압변동이란 부하 변동에 따라 전압이 변화하는 현상을 말합니다. 건축물의 경우, 냉난방, 조명, 전력설비 등 다양한 부하가 연결되어 있고, 이들의 사용량이 시간에 따라 변화하기 때문에 전압 변동이 발생하게 됩니다. 과도한 전압 변동은 전기기기의 수명을 단축시키고, 오동작을 유발할 수 있으므로 이를 정확하게 계산하고 관리하는 것이 매우 중요합니다.

전압변동 계산 방법

  1. 부하 조건 설정:
    • 건축물의 종류, 규모, 용도에 따라 필요한 전력량을 산정합니다.
    • 각종 부하의 종류, 용량, 역률 등을 파악합니다.
    • 부하의 연결 방식 (단상, 3상) 및 부하 분포를 고려합니다.
  2. 회로 구성:
    • 건축물의 배전반, 분전반, 전선 등의 구성을 파악하여 회로도를 작성합니다.
    • 각 회로의 임피던스 (저항, 리액턴스)를 계산합니다.
  3. 전압 강하 계산:
    • 오옴의 법칙 (V = IR)을 이용하여 각 회로에서 발생하는 전압 강하를 계산합니다.
    • 전압 강하는 전류, 저항, 리액턴스에 비례하며, 선로 길이에 따라 증가합니다.
  4. 전압 변동률 계산:
    • 다음과 같은 공식을 이용하여 전압 변동률을 계산합니다.
    전압 변동률 (%) = (무부하 전압 - 전부하 전압) / 무부하 전압 × 100
    • 무부하 전압은 부하가 연결되지 않은 상태에서의 전압이고, 전부하 전압은 부하가 연결된 상태에서의 전압입니다.

영향 요인

  • 부하 변동: 부하의 종류, 크기, 역률에 따라 전압 변동이 달라집니다.
  • 선로 길이: 선로가 길수록 전압 강하가 커져 전압 변동률이 증가합니다.
  • 선로 굵기: 선로 굵기가 가늘수록 저항이 커져 전압 강하가 증가합니다.
  • 전압: 공급 전압이 낮을수록 전압 변동률이 커집니다.
  • 역률: 역률이 낮을수록 무효 전력이 증가하여 전압 강하가 커집니다.

대책

  • Xs를 작게 한다
    • 직렬콘덴서의 설치 : 전압 변동이 문제가 되는 모선에서 전원 측으로 직렬콘덴서를 삽입하여 전압 변동을 억제한다. 이때 전압변동ΔV=ΔQ*(Xs-Xc)이므로ΔQ*Xc만큼 전압 변동이 개선 된다
    • 선로임피던스의 감소 : 배전용 변압기 용량을 크게 하여 전원임피던스를 작게 한다
    • 3권선 보상변압기에 의한 방법 : 3권선 변압기의 누설 임피던스를 등가회로에 의해 권선에 분해하는 방법으로 리액턴스를 줄인다.
    • 선로 굵기 증가: 선로 굵기를 증가시켜 저항을 감소시키고 전압 강하를 줄입니다.
  • 전압을 직접 조정하는 방법
    • 탭변환기
      변압기의 탭을 조정하여 전압을 승압 또는 강압시킨다
    • 유도전압조정기
      유도전압조정기 사용하여 부하에 필요한 전압으로 변성시킨다.
  • 변동 무효 전력을 보상하는 방법(역률개선)
    • 병렬콘덴서
      대부분의 부하는 유도성 리액턴스 성분으로 이것은 전압 변동을 크게 하므로 부하와 병렬로 콘덴서를 설치하여 용량성 리액턴스를 보완하여 변동 무효 전력을 보상하는 방법
    • 동기조상기
      동기조상기를 설치하여 변화에 따라 용량성 및 유도성 리액턴스를 보상하여 상황에 대처하는 방식
    • 분로 리액터
      부하가 경부하 시에는 오히려 용량성 리액턴스가 증가하여 선로손실, 전압강하, 페란티현상 등의 문제점이 발생하기 때문에 분로 리액터를 설치하여 무료 전력을 보상하는 방법을 쓰기도 한다
  • 배전 방식 개선: 방사형 배전 방식에서 환상형 배전 방식으로 변경하여 전압 강하를 줄일 수 있습니다.

●A02페란티 현상의 발생원인 및 문제점과 대책에 대하여 설명하시오

페란티 현상(Ferranti Effect)

모범답안(페란티 현상)

수전단에 큰 부하가 걸려 있을때는 문제가 없으나 경부하 또는 무부하인 경우에는 수전단전압이 송전단 전압보다 높아지는데, 이를 페란티현상이라 한다

발생 원인

  • 송전선의 단위 길이당 정전용량이 큰 경우
  • 송전선로의 길이가 긴 경우
  • 경부하 상태:
    • 부하가 적은 상태에서는 송전선의 정전용량에 의해 진상 전류가 흐르게 되고, 이 진상 전류가 송전선의 인덕턴스와 상호작용하여 전압을 상승시킵니다.
  • 주파수:
    • 주파수가 높을수록 정전용량의 영향이 커져 페란티 현상이 심해질 수 있습니다.

문제점

  • 설비 손상: 과도한 전압 상승은 변압기, 차단기 등 전력 설비의 절연 파괴를 유발할 수 있습니다.
  • 보호계전기 오동작: 과전압으로 인해 보호계전기가 오동작하여 정상적인 시스템 운전을 방해할 수 있습니다.
  • 전력 손실 증가: 페란티 현상으로 인해 전력 손실이 증가할 수 있습니다.
  • 전압 조절 곤란: 전압을 일정하게 유지하기 어려워 전력 시스템의 안정성을 저해합니다.

대책

  • 분로 리액터 설치: 수전단에 분로 리액터를 설치하여 진상 전류를 상쇄시켜 전압 상승을 억제합니다.
  • 발전기 부족 여자 운전: 발전기를 부족 여자 운전하여 역률을 개선하고 진상 전류를 줄입니다.
  • 동기 조상기 운전: 동기 조상기를 지상 운전하여 진상 무효 전력을 공급하고 전압을 낮춥니다.
  • 송전선로 방식 변경: 가공선로를 지중선로로 변경하거나, 다회선 송전 방식을 채택하여 정전용량을 줄일 수 있습니다.
  • 송전 전압 조정: 송전 전압을 조정하여 페란티 현상의 영향을 줄일 수 있습니다.

●A03전압 변동 시 전기 설비에 미치는 영향을 설명하고 전압 변동 개선방법을 설명하시오

전압 변동이 전기 설비에 미치는 영향

전압 변동은 전기 설비의 성능 저하, 수명 단축, 심지어 고장까지 유발할 수 있습니다. 주요 영향은 다음과 같습니다.

  • 전동기:
    • 토크 감소, 효율 저하, 과열, 수명 단축
    • 과전압 시 절연 파괴, 저전압 시 기동 불량
  • 조명 기구:
    • 밝기 변화, 수명 단축, 깜빡임 현상
  • 변압기:
    • 과열, 절연 파괴, 효율 저하
  • 전자 기기:
    • 오동작, 데이터 손실, 수명 단축
  • 전력 시스템:
    • 불안정성 증가, 전력 손실 증가

전압 변동 개선 방법

1. 전압 조정 장치 설치

  • 정전압기: 부하 변동에 따라 자동으로 출력 전압을 조정하여 일정한 전압을 유지합니다.
  • 변압기 탭 변경: 변압기의 탭을 조정하여 출력 전압을 변경합니다.
  • 동기 조상기: 무효 전력을 공급하여 전압을 조절합니다.

2. 배전 시스템 개선

  • 선로 굵기 증가: 선로 저항을 감소시켜 전압 강하를 줄입니다.
  • 배전 방식 개선: 방사형 배전 방식에서 환상형 배전 방식으로 변경하여 전압 안정도를 높입니다.
  • 직렬 콘덴서 설치: 선로에 직렬 콘덴서를 설치하여 역률을 개선하고 전압 강하를 줄입니다.

3. 부하 관리

  • 부하 분산: 큰 부하를 여러 개의 작은 부하로 분산하여 전압 변동을 줄입니다.
  • 역률 개선: 축전기를 설치하여 역률을 개선하고 무효 전력을 감소시킵니다.

4. 전력 시스템 계획 및 설계

  • 여유 용량 확보: 전력 설비에 충분한 여유 용량을 확보하여 부하 변동에 대응합니다.
  • 계통 보호 장치 설치: 과전압, 저전압 등 비정상적인 상태를 감지하고 보호 장치를 작동시켜 설비를 보호합니다.

💯기출문제

○B04 순시전압강하의 원인과 강하대책을 설명하고 순시전압강하 억제를 위한 설계 시공시 고려사항을 기술하시오

모범답안(순시전압강하)

순시전압강하란?

  • 순시전압강하는 전압이 순간적으로 급격하게 떨어지는 현상으로, 주로 대규모 부하의 기동, 단락사고, 낙뢰 등에 의해 발생합니다. 이러한 현상은 산업 시설, 데이터 센터 등 전력 품질에 민감한 시설에서 장비 고장, 데이터 손실 등을 야기할 수 있습니다.
  • 순시 전압강하란 0.07초 내에서 2초 정도로 전압이 현저히 감소되는 현상으로 통상 2초이내에 원래 상태로 복구되는것을 가리키며, 전압강하의 비율은 50~70%이며 100%인 경우도 있다

순시전압강하의 원인

  • 대규모 부하의 기동: 대형 모터, 변압기 등의 기동 시 순간적으로 많은 전류가 소비되어 전압이 떨어집니다.
  • 단락사고: 전선 간의 절연이 파괴되어 단락이 발생하면 전류가 급격하게 증가하여 전압이 급락합니다.
  • 낙뢰: 낙뢰는 직접적인 피해뿐만 아니라 유도 전압을 발생시켜 전압 변동을 유발합니다.
  • 계통 고장: 발전소 고장, 송전선 고장 등 계통의 문제로 인해 전압이 불안정해질 수 있습니다.

순시전압강하의 강하대책

  • UPS(무정전 전원 공급 장치) 설치: 중요한 부하에 UPS를 설치하여 순간적인 전압 변동을 흡수하고 안정적인 전력을 공급합니다.
  • SVC(정지형 무효 전력 보상 장치) 설치: SVC를 설치하여 계통의 무효 전력을 조절하고 전압 안정성을 확보합니다.
  • 배전용량 증강: 부하 증가에 대비하여 배전 용량을 증강하고, 예비 용량을 확보하여 순간적인 부하 변동에 대응합니다.
  • 선로 구성 개선: 선로 임피던스를 감소시키고, 선로 구성을 개선하여 전압 강하를 줄입니다.
  • 보호 계전기 설정: 과전류, 지락 등의 이상 상황 발생 시 신속하게 차단하여 피해를 최소화합니다.

순시전압강하 억제를 위한 설계 시공 시 고려사항

  • 부하 분석: 부하의 종류, 크기, 기동 특성 등을 정확하게 분석하여 필요한 전력량을 산정하고, 적절한 전력 시스템을 설계합니다.
  • 전압 강하 계산: 설계 단계에서 전압 강하를 정확하게 계산하여 허용 범위 내에 있는지 확인합니다.
  • 안전율 확보: 부하 증가, 노후화 등을 고려하여 충분한 안전율을 확보합니다.
  • 지락 보호: 지락 사고 발생 시 빠르게 차단하여 피해를 최소화하는 지락 보호 시스템을 구축합니다.
  • 절연 협조: 전압 변동에 따른 절연 파괴를 방지하기 위해 충분한 절연 협조를 확보합니다.
  • 계측 및 감시: 전압, 전류 등을 지속적으로 모니터링하여 이상 징후를 조기에 감지하고, 필요한 조치를 취합니다.
  • 유지보수: 정기적인 유지보수를 통해 설비의 성능을 유지하고, 고장을 예방합니다.

●B05순시전압강하의 방지대책을 전력공급자 측면과 수용가 측면에서 설명하고, 순시전압강하 방지를 위해 사용되는 기기에 대하여 설명하시오

모범답안(순시전압강하)

1. 전력공급자 측면의 순시전압강하 방지 대책

  • 계통 강화:
    • 선로 용량 증대: 부하 증가에 대비하여 선로 용량을 증설하고, 예비 용량을 확보합니다.
    • 선로 구성 개선: 선로 임피던스를 감소시키고, 선로 구성을 개선하여 전압 강하를 줄입니다.
    • 변압기 용량 증대: 변압기 용량을 증대하여 부하 변동에 대응합니다.
  • 무효 전력 보상:
    • SVC(정지형 무효 전력 보상 장치) 설치: SVC를 설치하여 계통의 무효 전력을 조절하고 전압 안정성을 확보합니다.
  • 보호 계전기 설정:
    • 고속 보호 계전기: 과전류, 지락 등의 이상 상황 발생 시 신속하게 차단하여 피해를 최소화합니다.
  • 계통 감시 및 제어:
    • SCADA 시스템: 계통 상태를 실시간으로 감시하고 제어하여 이상 상황에 빠르게 대응합니다.

2. 수용가 측면의 순시전압강하 방지 대책

  • UPS(무정전 전원 공급 장치) 설치:
    • 중요한 부하에 UPS를 설치하여 순간적인 전압 변동을 흡수하고 안정적인 전력을 공급합니다.
  • 정전 보상 장치 설치:
    • 정전 보상 장치를 설치하여 순간적인 전력 공급 중단을 방지합니다.
  • 부하 관리:
    • 피크 부하 관리: 피크 시간대의 부하를 분산시켜 전력 수요를 평준화합니다.
    • 역률 개선: 역률을 개선하여 무효 전력 소비를 줄이고, 전력 품질을 향상시킵니다.
  • 내충격성이 높은 장비 사용:
    • 순간적인 전압 변동에 강한 내충격성을 갖춘 장비를 사용합니다.

순시전압강하 방지를 위한 기기

  • UPS(무정전 전원 공급 장치): 배터리, 인버터 등으로 구성되어 상용 전원이 공급되지 않을 때에도 일정 시간 동안 부하에 전력을 공급합니다.
  • SVC(정지형 무효 전력 보상 장치): 반도체 스위치를 이용하여 무효 전력을 빠르게 조절하여 전압을 안정화시킵니다.
  • 정전 보상 장치: UPS와 유사한 기능을 하지만, 일반적으로 UPS보다 저렴하고 간단한 구조입니다.
  • 서지 보호기: 낙뢰 등으로 인한 과전압을 흡수하여 전자 장비를 보호합니다.

●F06대규모 수용가 계통에서 과도 불안정의 발생원인과 그 영향에 대하여 5가지이상 설명하시오

과도 불안정의 발생 원인

  1. 대규모 부하의 급격한 변동:
    • 대형 모터 기동 정지, 용접기 가동 등과 같은 대규모 부하의 급격한 변동은 순간적으로 전력 수요를 변화시켜 전압 변동을 유발하고, 시스템의 안정성을 저해합니다.
  2. 단락 사고:
    • 전력선의 절연 파괴로 인한 단락 사고는 시스템에 큰 충격을 주어 전압 강하 및 주파수 변동을 야기하고, 심각한 경우에는 계통 분리를 유발할 수 있습니다.
  3. 발전기 고장:
    • 발전기의 고장은 전력 공급의 불안정을 초래하여 시스템 전체에 영향을 미치고, 과도 불안정을 유발할 수 있습니다.
  4. 계통 구성 변경:
    • 새로운 발전소 또는 부하의 연결, 선로의 추가 또는 변경 등 계통 구성의 변화는 시스템의 안정도에 영향을 미칠 수 있습니다.
  5. 보호 계전기 오동작:
    • 보호 계전기의 오동작은 정상적인 상태에서도 계통을 분리시켜 과도 불안정을 야기할 수 있습니다.
  6. 자연 재해:
    • 지진, 태풍 등 자연 재해는 전력 설비를 손상시키고, 계통의 안정성을 위협합니다.
  7. 전력 전자 기기의 증가:
    • 전력 전자 기기의 증가는 고조파, 플리커 등 전력 품질 문제를 야기하고, 시스템의 안정도를 저하시킬 수 있습니다.

과도 불안정의 영향

  • 전압 불안정: 전압이 불안정해지면 전기 기기의 수명이 단축되고, 오동작이 발생할 수 있습니다.
  • 주파수 변동: 주파수가 불안정해지면 전동기의 토크가 변화하고, 생산 시스템의 효율이 저하될 수 있습니다.
  • 정전: 심각한 경우에는 시스템 전체 또는 일부가 정전될 수 있으며, 생산 시스템의 중단으로 인해 큰 경제적 손실을 초래할 수 있습니다.
  • 설비 손상: 과도한 전류나 전압으로 인해 전력 설비가 손상될 수 있습니다.
  • 데이터 손실: 컴퓨터 시스템 등에 영향을 미쳐 데이터 손실이 발생할 수 있습니다.

●B07유도전동기 기동 시 발생하는 순시전압강하의 계산방법

순시전압강하 발생 원인

  • 기동 전류: 유도전동기는 기동 시 정격 전류의 5~7배에 달하는 큰 기동 전류를 소비합니다. 이러한 큰 전류는 전압강하를 유발합니다.
  • 계통 임피던스: 전원에서 부하까지의 선로 임피던스가 클수록 전압강하는 커집니다.
  • 변압기 임피던스: 변압기의 임피던스가 클수록 기동 전류에 의한 전압강하가 커집니다.

순시전압강하 계산

  • 기동 전류: 유도전동기의 기동 전류는 기동 방식(직접 기동, 성형 저항 기동 등)에 따라 다르므로, 각 기동 방식에 따른 기동 전류를 정확히 파악해야 합니다.
  • 계통 임피던스: 전원에서 부하까지의 선로 임피던스를 계산해야 합니다. 이는 선로의 길이, 굵기, 재질 등에 따라 달라집니다.
  • 변압기 임피던스: 변압기의 % 임피던스를 이용하여 변압기에서 발생하는 전압강하를 계산합니다.

계산 공식

\[ΔV = I_m * Z_{sys} \]
  • ΔV: 순시 전압강하 [V]
  • I_m: 기동 전류 [A]
  • Z_sys: 계통 임피던스 [Ω]

계통 임피던스는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

\[Z_{sys} = Z_{line} + Z_{transformer} \]
  • Z_line: 선로 임피던스
  • Z_transformer: 변압기 임피던스

예시

  • 조건: 100kW, 3상 유도전동기를 직접 기동할 때, 선로 임피던스가 0.5Ω, 변압기 % 임피던스가 5%, 기동 전류가 정격 전류의 6배라고 가정합니다.
  • 계산:
    • 기동 전류: 100kW / (√3 * 400V * 0.8) * 6 = 1083A
    • 변압기 임피던스: 0.05 * 400V / √3 = 11.55Ω
    • 계통 임피던스: 0.5Ω + 11.55Ω = 12.05Ω
    • 순시 전압강하: 1083A * 12.05Ω = 13,051V

주의사항

  • 기동 방식: 기동 방식에 따라 기동 전류가 크게 달라지므로, 정확한 기동 전류를 사용해야 합니다.
  • 계통 임피던스: 계통 임피던스는 선로의 길이, 굵기, 재질뿐만 아니라 주파수, 온도 등에도 영향을 받습니다.
  • 변압기 임피던스: 변압기의 % 임피던스는 변압기의 용량, 종류에 따라 다르므로, 해당 변압기의 데이터를 정확히 확인해야 합니다.
  • 전압강하 허용치: 전압강하가 너무 크면 다른 부하에 영향을 미치거나, 유도전동기의 기동이 지연될 수 있으므로, 허용 전압강하를 고려하여 설계해야 합니다.

순시전압강하 저감 방안

  • 성형 저항 기동: 기동 저항을 사용하여 기동 전류를 줄여 전압강하를 감소시킵니다.
  • 인버터 기동: 인버터를 사용하여 부드럽게 기동하여 전압강하를 줄입니다.
  • 계통 용량 증대: 선로 용량이나 변압기 용량을 증대시켜 임피던스를 감소시킵니다.

●B08순시전압강하의 원인과 문제점을 분석하고 이에 대한 대책을 설명하시오

모범답안(순시전압강하)

순시전압강하의 원인

  • 대규모 부하의 기동: 대형 모터, 변압기 등의 기동 시 순간적으로 많은 전류가 소비되어 전압이 떨어집니다.
  • 단락 사고: 전선 간의 절연이 파괴되어 단락이 발생하면 전류가 급격하게 증가하여 전압이 급락합니다.
  • 낙뢰: 낙뢰는 직접적인 피해뿐만 아니라 유도 전압을 발생시켜 전압 변동을 유발합니다.
  • 계통 고장: 발전소 고장, 송전선 고장 등 계통의 문제로 인해 전압이 불안정해질 수 있습니다.
  • 전력 전자 기기의 증가: 전력 전자 기기의 증가는 고조파, 플리커 등 전력 품질 문제를 야기하고, 시스템의 안정도를 저하시킬 수 있습니다.

순시전압강하의 문제점

  • 장비 고장: 전자 장비, 제어 시스템 등의 오동작 또는 고장을 유발할 수 있습니다.
  • 생산성 저하: 생산 라인의 중단, 제품 불량률 증가 등으로 생산성이 저하될 수 있습니다.
  • 데이터 손실: 컴퓨터 시스템, 데이터베이스 등의 오류 또는 손상을 야기할 수 있습니다.
  • 시스템 안정성 저하: 전력 시스템 전체의 안정성을 저해하고, 연쇄적인 고장을 유발할 수 있습니다.

순시전압강하 대책

1. 전력 공급 측면

  • 계통 강화: 선로 용량 증대, 변압기 용량 증대 등을 통해 계통의 안정성을 향상시킵니다.
  • 무효 전력 보상: SVC(정지형 무효 전력 보상 장치) 등을 설치하여 전압 안정성을 확보합니다.
  • 보호 계전기 설정: 고속 보호 계전기를 설치하고, 정확한 설정을 통해 오동작을 방지합니다.
  • 계통 감시 및 제어: SCADA 시스템을 도입하여 계통 상태를 실시간으로 감시하고, 이상 상황에 빠르게 대응합니다.

2. 수용가 측면

  • UPS(무정전 전원 공급 장치) 설치: 중요 부하에 UPS를 설치하여 순간적인 전압 변동을 흡수하고 안정적인 전력을 공급합니다.
  • 정전 보상 장치 설치: 정전 보상 장치를 설치하여 순간적인 전력 공급 중단을 방지합니다.
  • 부하 관리: 피크 부하 관리, 역률 개선 등을 통해 부하 변동을 완화합니다.
  • 내충격성이 높은 장비 사용: 순간적인 전압 변동에 강한 내충격성을 갖춘 장비를 사용합니다.

●B09순시전압강하에 대한 정의, 원인 및 대책을 설명하시오

모범답안(순시전압강하)

순시전압강하의 원인

  • 대규모 부하의 기동: 대형 모터, 변압기 등의 기동 시 순간적으로 많은 전류가 소비되어 전압이 떨어집니다.
  • 단락 사고: 전선 간의 절연이 파괴되어 단락이 발생하면 전류가 급격하게 증가하여 전압이 급락합니다.
  • 낙뢰: 낙뢰는 직접적인 피해뿐만 아니라 유도 전압을 발생시켜 전압 변동을 유발합니다.
  • 계통 고장: 발전소 고장, 송전선 고장 등 계통의 문제로 인해 전압이 불안정해질 수 있습니다.
  • 전력 전자 기기의 증가: 전력 전자 기기의 증가는 고조파, 플리커 등 전력 품질 문제를 야기하고, 시스템의 안정도를 저하시킬 수 있습니다.

순시전압강하의 문제점

  • 장비 고장: 전자 장비, 제어 시스템 등의 오동작 또는 고장을 유발할 수 있습니다.
  • 생산성 저하: 생산 라인의 중단, 제품 불량률 증가 등으로 생산성이 저하될 수 있습니다.
  • 데이터 손실: 컴퓨터 시스템, 데이터베이스 등의 오류 또는 손상을 야기할 수 있습니다.
  • 시스템 안정성 저하: 전력 시스템 전체의 안정성을 저해하고, 연쇄적인 고장을 유발할 수 있습니다.

순시전압강하 대책

1. 전력 공급 측면

  • 계통 강화: 선로 용량 증대, 변압기 용량 증대 등을 통해 계통의 안정성을 향상시킵니다.
  • 무효 전력 보상: SVC(정지형 무효 전력 보상 장치) 등을 설치하여 전압 안정성을 확보합니다.
  • 보호 계전기 설정: 고속 보호 계전기를 설치하고, 정확한 설정을 통해 오동작을 방지합니다.
  • 계통 감시 및 제어: SCADA 시스템을 도입하여 계통 상태를 실시간으로 감시하고, 이상 상황에 빠르게 대응합니다.

2. 수용가 측면

  • UPS(무정전 전원 공급 장치) 설치: 중요 부하에 UPS를 설치하여 순간적인 전압 변동을 흡수하고 안정적인 전력을 공급합니다.
  • 정전 보상 장치 설치: 정전 보상 장치를 설치하여 순간적인 전력 공급 중단을 방지합니다.
  • 부하 관리: 피크 부하 관리, 역률 개선 등을 통해 부하 변동을 완화합니다.
  • 내충격성이 높은 장비 사용: 순간적인 전압 변동에 강한 내충격성을 갖춘 장비를 사용합니다.

○B10전력계통의 전원외란 중 순시전압강하와 전압변동의 발생원인과 영향에 대하여 설명하시오

순시전압강하와 전압변동의 정의

  • 순시전압강하: 전압이 순간적으로 급격하게 떨어지는 현상을 말합니다.
  • 전압변동: 전압이 일정한 값에서 벗어나 상승하거나 하락하는 현상을 말합니다.
모범답안(순시전압강하)

순시전압강하의 원인

  • 대규모 부하의 기동: 대형 모터, 변압기 등의 기동 시 순간적으로 많은 전류가 소비되어 전압이 떨어집니다.
  • 단락 사고: 전선 간의 절연이 파괴되어 단락이 발생하면 전류가 급격하게 증가하여 전압이 급락합니다.
  • 낙뢰: 낙뢰는 직접적인 피해뿐만 아니라 유도 전압을 발생시켜 전압 변동을 유발합니다.
  • 계통 고장: 발전소 고장, 송전선 고장 등 계통의 문제로 인해 전압이 불안정해질 수 있습니다.
  • 전력 전자 기기의 증가: 전력 전자 기기의 증가는 고조파, 플리커 등 전력 품질 문제를 야기하고, 시스템의 안정도를 저하시킬 수 있습니다.

순시전압강하의 문제점

  • 장비 고장: 전자 장비, 제어 시스템 등의 오동작 또는 고장을 유발할 수 있습니다.
  • 생산성 저하: 생산 라인의 중단, 제품 불량률 증가 등으로 생산성이 저하될 수 있습니다.
  • 데이터 손실: 컴퓨터 시스템, 데이터베이스 등의 오류 또는 손상을 야기할 수 있습니다.
  • 시스템 안정성 저하: 전력 시스템 전체의 안정성을 저해하고, 연쇄적인 고장을 유발할 수 있습니다.

순시전압강하 대책

1. 전력 공급 측면

  • 계통 강화: 선로 용량 증대, 변압기 용량 증대 등을 통해 계통의 안정성을 향상시킵니다.
  • 무효 전력 보상: SVC(정지형 무효 전력 보상 장치) 등을 설치하여 전압 안정성을 확보합니다.
  • 보호 계전기 설정: 고속 보호 계전기를 설치하고, 정확한 설정을 통해 오동작을 방지합니다.
  • 계통 감시 및 제어: SCADA 시스템을 도입하여 계통 상태를 실시간으로 감시하고, 이상 상황에 빠르게 대응합니다.

2. 수용가 측면

  • UPS(무정전 전원 공급 장치) 설치: 중요 부하에 UPS를 설치하여 순간적인 전압 변동을 흡수하고 안정적인 전력을 공급합니다.
  • 정전 보상 장치 설치: 정전 보상 장치를 설치하여 순간적인 전력 공급 중단을 방지합니다.
  • 부하 관리: 피크 부하 관리, 역률 개선 등을 통해 부하 변동을 완화합니다.
  • 내충격성이 높은 장비 사용: 순간적인 전압 변동에 강한 내충격성을 갖춘 장비를 사용합니다.

○C11플리커의 정의 및 경감대책에 대하여 설명하시오

플리커 현상 및 대책

모범답안(플리커)

플리커가 발생하는 원인은 무엇일까요?

  • 아크, 기기의 운전, 정지의 반복 : 전기로, 아크로, 용접기 등
  • 뇌에 의한 영향 : 직격뢰, 유도뢰 등
  • 전동기의 빈번한 운전, 정지 : 압연기, 반송기계 등
  • 개폐기의 개폐동작 : 변압기, 여자돌입전류
  • 전력전자기기(SMPS)의 고속 스위칭 : 인버터 등
  • 고장 시의 대전류 및 그 차단 : 단락, 지락 사고등

플리커를 경감시키기 위한 대책은 무엇일까요?

전원 측면

  • 안정적인 전원 공급: 고품질의 안정적인 전원 공급 장치를 사용합니다.
  • 무효 전력 보상: SVC(정지형 무효 전력 보상 장치) 등을 설치하여 전압 안정성을 확보합니다.
  • 고조파 필터: 고조파를 제거하여 전압 파형을 개선합니다.

광원 측면

  • 플리커 프리 광원: 플리커가 적거나 없는 LED 광원을 사용합니다.
  • 고주파 안정기: 형광등의 경우 고주파 안정기를 사용하여 플리커를 줄일 수 있습니다.
  • 디밍 방식: PWM(Pulse Width Modulation) 방식 대신 아날로그 디밍 방식을 사용하여 플리커를 줄일 수 있습니다.

제어 회로 측면

  • 정밀한 제어 회로: 플리커를 최소화하기 위해 정밀한 제어 회로를 사용합니다.
  • 소프트 스타트: 조명을 점등할 때 갑작스러운 전류 변화를 줄여 플리커를 감소시킵니다.

수용가 측면

  • 필터: 전력선 필터를 설치하여 고주파 노이즈를 제거합니다.
  • 부하 분산: 부하를 분산하여 전력 시스템에 부담을 줄입니다.

●C12대용량 수용가의 플리커 문제를 해소하기 위한 SVC설계절차에 대하여 설명하시오

SVC(정지형 무효전력 보상장치)

플리커(Flicker)란?

플리커는 조명의 밝기가 주기적으로 변화하여 깜박거리는 현상을 말합니다. 이는 주로 전압 변동에 의해 발생하며, 작업 효율 저하, 눈의 피로 등 다양한 문제를 야기할 수 있습니다. 특히 대용량 수용가의 경우, 부하 변동이 심하여 플리커 문제가 더욱 심각하게 발생할 수 있습니다.

모범답안(SVC)

SVC(Static Var Compensator)란?

SVC는 정지형 무효 전력 보상 장치의 약자로, 전력 시스템의 전압을 안정화시키고 무효 전력을 조절하는 장치입니다. 플리커는 주로 전압 변동에 의해 발생하므로, SVC를 설치하여 전압을 안정화시키면 플리커 문제를 해결할 수 있습니다.

SVC 설계 절차

  1. 플리커 문제 분석:
    • 플리커 발생 원인 분석: 부하 변동 패턴, 전압 변동 범위, 주파수 등을 분석하여 플리커 발생 원인을 파악합니다.
    • 플리커 영향 평가: 플리커로 인한 생산성 저하, 작업 환경 악화 등의 경제적 손실을 평가합니다.
    • 관련 규정 검토: 관련된 전력 품질 규정 및 표준을 검토하여 설계 기준을 설정합니다.
  2. SVC 용량 산정:
    • 부하 변동량 및 전압 변동 범위를 고려하여 필요한 SVC 용량을 산정합니다.
    • 시뮬레이션을 통해 SVC 용량의 적정성을 검증합니다.
  3. SVC 종류 선정:
    • TCR(Thyristor Controlled Reactor): 무효 전력을 흡수하는 역할을 합니다.
    • TSC(Thyristor Switched Capacitor): 무효 전력을 발생시키는 역할을 합니다.
    • STATCOM(Static Synchronous Compensator): 전압형 소자를 이용하여 무효 전력을 정밀하게 제어합니다.
    • 각 종류의 특징과 시스템 요구 사항을 고려하여 적합한 SVC를 선정합니다.
  4. SVC 위치 선정:
    • 플리커 발생 지점에 가까운 곳에 설치하여 효과를 극대화합니다.
    • 계통 안정도에 미치는 영향을 고려하여 최적의 위치를 선정합니다.
  5. 보호 계전기 설정:
    • SVC 보호를 위한 과전류, 과열, 지락 등 다양한 보호 기능을 설정합니다.
    • 계통 고장 시 SVC가 안전하게 차단될 수 있도록 설정합니다.
  6. 제어 시스템 설계:
    • SVC의 운전을 위한 제어 시스템을 설계합니다.
    • 전압, 전류, 무효 전력 등을 측정하여 SVC를 제어합니다.
    • 통신 시스템을 구축하여 원격 감시 및 제어가 가능하도록 합니다.
  7. 시뮬레이션 및 검증:
    • 설계된 SVC 시스템을 시뮬레이션하여 성능을 검증합니다.
    • 플리커 감소 효과, 계통 안정도, 보호 기능 등을 확인합니다.
  8. 설치 및 시운전:
    • 설계된 SVC를 설치하고, 시운전을 통해 정상 작동 여부를 확인합니다.

SVC 설계 시 고려 사항

  • 플리커 지수: IEC 61000-3-7 표준에 따른 플리커 지수를 산정하여 설계에 반영합니다.
  • 계통 조건: 계통의 전압 레벨, 주파수, 임피던스 등을 고려하여 설계합니다.
  • 부하 특성: 부하의 종류, 크기, 변동 패턴 등을 고려하여 설계합니다.
  • 경제성: 초기 투자 비용, 운영 유지비 등을 고려하여 경제적인 설계를 수행합니다.

○C13플리커 정의 및 경감대책에 대하여 설명하시오

BJ5.전력품질을 저해하는 순시 전압강하, 순시정전, 플리커의 영향 및 대책을 설명하시오(19)

💯기출문제

●D01정전기의 발생방법과 인체에 대한 충격방지에 대한 대책을 병원을 중심으로 설명하시오

정전기 발생 원인

  • 마찰: 서로 다른 물체가 마찰될 때 전자가 이동하여 정전기가 발생합니다. (예: 의료용 장갑과 환자의 몸, 옷과 침구류 사이의 마찰)
  • 유도: 대전된 물체가 다른 물체에 가까이 갈 때 전하가 유도되어 정전기가 발생합니다. (예: 의료 장비에 접근할 때)
  • 분리: 서로 달라붙어 있던 물체가 분리될 때 전하가 불균형해져 정전기가 발생합니다. (예: 테이프를 떼어낼 때)

인체에 대한 충격 방지 대책

  1. 접지:
    • 바닥재: 도전성이 우수한 바닥재를 사용하여 인체에 축적된 정전기를 땅으로 흘려보냅니다.
    • 신발: 정전기 방지 신발을 착용하여 인체와 바닥 사이의 절연을 방지합니다.
    • 의료 장비: 의료 장비를 접지하여 장비 내부에 축적된 정전기를 방지합니다.
  2. 습도 조절:
    • 적절한 습도를 유지하면 공기 중의 습기가 정전기를 중화시켜 발생을 억제합니다.
  3. 대전 방지 물품 사용:
    • 의류: 면 소재 등 정전기가 잘 발생하지 않는 의류를 착용합니다.
    • 장갑: 정전기 방지 장갑을 착용하여 의료 장비를 다룰 때 정전기 발생을 방지합니다.
    • 베개, 침구류: 정전기 방지 처리된 침구류를 사용합니다.
  4. 정전기 제거제 사용:
    • 의류, 장비 등에 정전기 제거제를 사용하여 표면의 전하를 중화시킵니다.
  5. 이온화 공기 발생기 설치:
    • 공기 중에 이온을 발생시켜 정전기를 중화시키는 장치를 설치합니다.
  6. 교육:
    • 의료진에게 정전기의 위험성과 예방 방법에 대한 교육을 실시합니다.
  7. 정기적인 점검:
    • 정전기 방지 시설의 상태를 정기적으로 점검하고 유지보수합니다.

병원 특성을 고려한 추가적인 대책

  • 수술실:
    • 수술복, 수술포 등을 정전기 방지 소재로 사용합니다.
    • 수술실 내 습도를 일정하게 유지합니다.
    • 정전기 발생 가능성이 높은 마취 가스 사용 시 주의합니다.
  • ICU:
    • 환자 감시 장비를 정기적으로 점검하고, 접지를 확인합니다.
    • 정전기 발생 가능성이 높은 플라스틱 물품 사용을 최소화합니다.
  • 약국:
    • 인화성 물질을 취급하는 약국에서는 특히 정전기 방지에 신경 써야 합니다.
    • 금속 용기 사용을 권장하고, 정전기 방지 포장재를 사용합니다.

●D02반도체 공장에서 반도체소자의 정전기방전에 의한 장해 제어대책을 열거하고 설명하시오

ESD 발생 원인

  • 마찰: 서로 다른 물질이 마찰될 때 전자가 이동하여 정전기가 발생합니다.
  • 유도: 대전된 물체가 다른 물체에 가까이 갈 때 전하가 유도되어 정전기가 발생합니다.
  • 분리: 서로 달라붙어 있던 물체가 분리될 때 전하가 불균형해져 정전기가 발생합니다.

ESD 방지 대책

1. 작업 환경 관리

  • 습도 조절: 습도를 40~60%로 유지하여 공기 중의 습기가 정전기를 중화시키도록 합니다.
  • 온도 관리: 온도 변화가 심하면 정전기 발생이 증가하므로 온도를 일정하게 유지합니다.
  • 청결 유지: 작업 환경을 청결하게 유지하여 먼지나 이물질에 의한 마찰을 줄입니다.

2. 개인 보호구 및 작업복

  • 정전기 방지 의류: 면 소재의 정전기 방지 의류를 착용하고, 합성섬유 의류는 피합니다.
  • 정전기 방지 신발: 정전기 방지 신발을 착용하여 인체에 축적된 정전기를 땅으로 흘려보냅니다.
  • 손목 밴드: 손목 밴드를 착용하여 인체와 작업대 사이의 전위차를 줄입니다.
  • 머리덮개: 머리카락에 의한 정전기 발생을 방지하기 위해 머리덮개를 착용합니다.

3. 작업대 및 설비 관리

  • 정전기 방지 작업대: 정전기 방지 코팅이 된 작업대를 사용합니다.
  • 접지: 모든 장비와 설비를 안전하게 접지하여 정전기가 흐를 수 있는 통로를 마련합니다.
  • 이온화 공기 발생기: 공기 중에 이온을 발생시켜 정전기를 중화시킵니다.
  • 정전기 방지 매트: 작업대 위에 정전기 방지 매트를 깔아 부품을 보호합니다.

4. 부품 및 재료 관리

  • 정전기 방지 포장: 반도체 소자를 정전기 방지 포장재에 담아 보관 및 운반합니다.
  • 운반 용기: 정전기 방지 용기를 사용하여 부품을 운반합니다.
  • 건조: 습기가 많은 환경에서 보관된 부품은 사용 전 건조시킵니다.

5. 교육 및 훈련

  • 정전기 방지 교육: 모든 작업자에게 정전기의 위험성과 방지 방법에 대한 교육을 실시합니다.
  • 정기적인 점검: 정전기 방지 시설을 정기적으로 점검하고 유지보수합니다.

6. 공정 관리

  • 건조 공정: 습도가 높은 공정에서는 건조 공정을 추가하여 정전기 발생을 억제합니다.
  • 이온화 공정: 이온화 공정을 통해 부품 표면의 전하를 중화시킵니다.
  • 자동화: 사람의 개입을 최소화하기 위해 자동화 시스템을 도입합니다.

7. 모니터링 및 관리

  • 정전기 측정기: 정전기를 정기적으로 측정하여 관리 상태를 확인합니다.
  • ESD 보호 영역 설정: ESD 민감도가 높은 부품을 취급하는 영역을 설정하고 관리합니다.

○D03정전기의 발생을 유발하는 정전기의 대전 종류 5가지를 제시하고 설명

모범답안(정전기 대전 종류)

3)정전기 대전현상(=원인)

  • 마찰대전
    물체에 마찰할 때 일어나는 대전현상
  • 유도대전
    대전물체 가까이에 전열체가 있을 때 정전유도를 받아 대전물체와 반대의 극성이 절연체에 나타나는 현상
  • 박리현상
    접촉되어 있는 물체가 벗겨질 때 전하분리가 일어나는 현상
  • 분출대전
    액체류, 분체류가 단면적이 작은 개구부에서 분출될 때에 마찰력에 의하여 발생하는 정전기
  • 저하대전
    고체표면에 부착되어 있는 액체류가 비산해서 분리되고 많은 물방울이 될때에 새로운 표면을 형성하여 정전기 발생
  • 침강대전
  • 충돌대전
    액체, 분체가 충돌할 때 빠르게 접촉 분리되면서 일어나는 정전기
  • 비말대전
    비말(물보라)은 공간에 분출할 액체류가 비산해서 분리되고 많은 물방울로 될 때 새로운 표면을 형성하여 정전기 발생
  • 유동대전
    액체가 파이프 내에서 이동할 때 발생하는 정전기

●D04빌딩에서의 정전기 발생원인과 방지대책에 대하여 설명하시오

전압변동 정전기

선로의 전압 변동
순시 전압강하 원인과 방지대책
플리커 현상 및 대책

정전기
제전기
과도 불안정 발생원인과 영향

패란티 현상
정지형 무효전력 보상장치(SVC)

🌐V1012T24/133


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