전력 시스템 변압기에서 전력 품질 문제 해결 방법

변압기와 전력 품질 모니터링

변압기는 전력 시스템의 핵심 구성 요소입니다. 전력 품질 모니터링은 변압기의 안전을 보장하고 시스템 효율성을 개선하며 운영 및 유지 관리 비용을 줄이는 데 기본적이며, 이는 전체 전력 네트워크의 신뢰성과 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

왜 변압기에 전력 품질 테스트를 수행해야 하나요?

• 변압기의 안전한 작동 보장
  고조파, 전압 변동, 부하 불균형과 같은 전력 품질 문제는 과열, 절연 노화, 효율 저하, 조기 고장 등을 초래할 수 있습니다.

• 고조파 오염 식별 및 과부하 방지
  현대 전력 시스템에서는 비선형 부하(예: UPS 시스템, 전력 전자 장치, 인버터)가 광범위하게 사용되며, 이러한 부하들은 고조파 전류를 생성합니다. 이로 인해 변압기의 철 손실과 구리 손실이 증가합니다. 총 고조파 왜곡률(THD)이 5%를 초과하면 변압기가 과부하 위험이 크게 증가합니다.

• 전압 변동으로 인한 장비 오작동 방지
  빈번한 전압 변동 또는 깜빡임은 변압기와 하위 장비를 불안정하게 만들어 운전 오류를 유발할 수 있습니다.

• 부하 불균형 제어 및 국소 과열 방지
  3상 부하 불균형은 중성 전류를 과도하게 증가시켜 국소 과열, 효율 저하, 변압기 손상을 초래할 수 있습니다.

• 접지 시스템 안전 확보 및 N-G 전압 문제 방지
  적절하지 않은 접지 설계는 중성점 이동을 초래하여 정상 범위를 벗어난 중성-접지(N-G) 전압을 발생시켜 변압기 작동과 보호 장치 기능을 방해할 수 있습니다.

변압기에 대한 체계적인 전력 품질 모니터링 방법

고조파 제어 및 K-팩터 적용

• K-팩터 변압기 사용: 부하 고조파 특성에 따라 적절한 K 등급(예: K-4, K-13, K-20)을 선택하여 변압기의 고조파 전류 저항 능력을 향상시킵니다.

• THD(총 고조파 왜곡률) 제한: IEEE 519 표준에 따라 THD를 5% 미만으로 유지합니다.

• 필터 장비 설치: 고조파 원천 근처에 활성 또는 비활성 필터를 배치하여 시스템으로의 고조파 주입을 줄입니다.

전압 왜곡 및 변동 억제

• 전압 안정화 장비 사용: 자동 전압 조정기(AVR) 또는 정적 무효력 발전기(SVG)를 사용하여 전압을 안정화합니다.

• 부하 스케줄 최적화: 전압 강하를 최소화하기 위해 고출력 장비의 동시 가동을 피합니다.

• 모니터링 및 경보 구현: 전력 품질 모니터링 시스템을 통해 실시간으로 전압 이상을 감지하고 경보를 발령합니다.

부하 불균형 완화

• 부하 분배 최적화: 3상 전류를 균형 있게 유지합니다.

• 부하 밸런서 사용: 수동 조정이 어려운 애플리케이션에서 자동으로 부하를 균형 잡습니다.

• 정기적인 점검 및 조정: 전력 품질 분석기를 사용하여 주기적으로 불균형 수준을 모니터링하고 수정합니다.

변압기 접지 관행

• 적절한 접지 시스템 설계 및 유지 관리

• 중성 접지: 별도로 도출된 시스템(SDS)에서 NEC 250 등의 표준에 따라 중성점을 적절히 접지하여 "플로팅 접지"를 방지합니다.

• N-G 전압 제어: 적절한 접지를 통해 중성 전위를 안정화하여 중성-접지 전압을 최소화합니다.

• 준수 접지 저항: 접지 저항이 코드 요구사항(예: ≤4Ω)을 충족하도록 합니다.

• 접지 혼합 방지: 신호 접지와 전력 접지를 분리하여 간섭을 줄입니다.

• 정기적인 테스트: 접지 저항 테스터를 사용하여 주기적으로 시스템의 무결성을 검증합니다.

왜곡 계수 교정을 통한 용량 사이징

• 피크 계수(CF)와 고조파 소정 계수(HDF) 고려: 실제 부하 특성에 따라 변압기 용량을 조정합니다.

• ANSI/IEEE C57.110 준수: 표준의 소정 계수를 적용하여 정확한 용량 선택을 합니다.

• 용량 여유 제공: 설계 시 미래 부하와 고조파 효과를 고려하여 10-20%의 추가 용량을 예약합니다.