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고조파, 고조파전류·전력품질·전기설비를 이해해야 고장을 예방할 수 있습니다
최근 전기설비는 과거보다 훨씬 다양해졌습니다.
공장에는 인버터(VFD), 사무실에는 컴퓨터와 UPS, 상가에는 LED 조명과 각종 전자기기가 설치되면서 고조파(Harmonic) 문제가 점점 증가하고 있습니다.
겉으로는 전기가 정상적으로 공급되는 것처럼 보이지만, 분전반이 과열되거나 차단기가 자주 동작하고 변압기 온도가 비정상적으로 높아지는 현상은 고조파가 원인인 경우도 적지 않습니다.
30년 넘게 내선 전기공사와 유지보수 현장에서 경험한 결과, 과거에는 거의 접하지 못했던 고조파 문제가 최근에는 유지관리에서 반드시 확인해야 할 항목이 되었습니다.
저는 후배들에게 항상 이렇게 이야기합니다.
"눈에 보이는 전압만 정상이라고 안심하지 말고, 전기의 품질까지 확인해야 한다."
한국전기안전공사는 산업현장의 안정적인 전기 사용을 위해 전력품질 관리와 정기적인 점검이 중요하다고 안내하고 있습니다.
(출처 : 한국전기안전공사)
고조파전류, 깨끗한 전기를 흐트러뜨리는 원인입니다
고조파전류란 기본 주파수(60Hz) 외에 추가로 발생하는 왜곡된 전류를 말합니다.
쉽게 말하면 깨끗하게 흘러야 하는 전기에 불필요한 전류가 함께 섞여 흐르는 현상입니다.
대표적으로 다음과 같은 설비에서 많이 발생합니다.
- 인버터(VFD)
- UPS
- LED 조명
- 컴퓨터
- 서버
- SMPS 전원장치
이러한 설비가 많아질수록 고조파전류도 증가하게 됩니다.
전력품질, 좋은 전기는 안정적인 전기입니다
전력품질이란 전압과 전류가 안정적으로 공급되는 상태를 말합니다.
쉽게 말하면 전기가 깨끗하고 일정하게 공급되는 상태입니다.
전력품질이 나빠지면 다음과 같은 현상이 나타날 수 있습니다.
- 차단기 오동작
- 변압기 과열
- 모터 발열
- 전압 왜곡
- 전자기기 오작동
따라서 전력품질은 생산설비의 안정성과도 직접 연결됩니다.
전기설비, 고조파의 영향을 가장 먼저 받습니다
전기설비란 전기를 생산·공급·사용하기 위한 모든 설비를 말합니다.
쉽게 말하면 전기를 안전하게 사용하는 모든 장치입니다.
고조파가 증가하면 다음과 같은 설비에 영향을 줍니다.
- 변압기
- 케이블
- 차단기
- 모터
- 콘덴서
- 분전반
특히 변압기와 중성선은 예상보다 큰 전류가 흐를 수 있으므로 주의해야 합니다.
KEC에서도 전기설비가 정상적인 전원 상태를 유지하도록 적절한 설계와 유지관리를 요구하고 있습니다.
(출처 : 산업통상자원부 한국전기설비규정 KEC)
30년 현장에서 있었던 실제 사례
한 제조공장에서 분전반 내부 온도가 계속 높아진다는 연락을 받고 점검을 실시한 적이 있었습니다.
클램프미터로 측정한 각 상의 전류는 큰 문제가 없어 보였습니다.
그러나 열화상카메라로 분전반을 점검하자 중성선 단자만 다른 회로보다 높은 온도를 나타내고 있었습니다.
현장을 확인해 보니 생산설비 대부분이 인버터를 사용하는 장비였고, LED 조명과 각종 제어장치도 함께 설치되어 있었습니다.
전력품질 분석을 실시한 결과 고조파 성분이 일반적인 설비보다 높게 나타났습니다.
건물주와 협의하여 부하를 분산하고 전력품질 개선 대책을 적용한 후 중성선 온도는 정상 수준으로 낮아졌습니다.
만약 단순히 전류만 측정하고 점검을 끝냈다면 발열 원인을 찾지 못했을 것입니다.
이 경험을 통해 저는 후배들에게 항상 이렇게 이야기합니다.
"전류가 정상이어도 전력품질까지 확인해야 진짜 원인을 찾을 수 있다."
고조파를 예방하는 현장 노하우
30년 동안 유지관리 현장에서 꾸준히 실천해 온 방법입니다.
- 전력품질 정기 점검
- 상전류 및 중성선 전류 측정
- 열화상카메라 활용
- 부하 균등 분산
- 인버터 설비 점검
- UPS 운전상태 확인
- 변압기 온도 관리
- 분전반 정기 유지관리
특히 인버터와 LED 설비가 많은 공장은 전력품질 점검을 정기적으로 실시하는 것이 좋습니다.
후배 기술자들에게 전하는 말
후배들에게 가장 자주 하는 말이 있습니다.
"전기는 흐르기만 하면 되는 것이 아니라, 깨끗하게 흘러야 한다."
좋은 기술자는 전압과 전류만 보는 사람이 아니라 전력품질까지 확인하는 사람입니다.
앞으로 산업현장에서는 고조파를 이해하는 기술자가 더욱 높은 경쟁력을 갖게 될 것입니다.
30년 동안 현장에서 가장 크게 느낀 것은 전기설비가 발전할수록 점검 방법도 함께 발전해야 한다는 사실입니다.
마무리
고조파는 눈으로 보이지 않지만 전기설비의 수명과 안전성에 큰 영향을 미칩니다.
고조파, 고조파전류, 전력품질, 전기설비를 정확하게 이해하고 정기적으로 점검하면 예상하지 못한 고장을 예방할 수 있습니다.
한국전기안전공사는 전력품질 관리와 예방점검이 산업현장의 안정적인 전기 사용을 위한 중요한 요소라고 안내하고 있습니다.
(출처 : 한국전기안전공사)
또한 한국전기설비규정(KEC)은 전기설비가 안전하고 안정적으로 운전될 수 있도록 적절한 설계와 유지관리를 요구하고 있습니다.
(출처 : 산업통상자원부 한국전기설비규정 KEC)
30년 동안 현장에서 얻은 가장 큰 교훈은 이것입니다.
"좋은 전기는 단순히 공급되는 전기가 아니라, 깨끗하게 관리되는 전기다."
오늘도 전력품질을 한 번 더 확인하고, 열화상점검과 계측을 생활화하는 습관이 여러분을 더욱 신뢰받는 전기기술자로 만들어 줄 것입니다.
다음 회 예고
제68회. 변압기 점검 (절연유, 온도관리, 예방점검)
수변전설비의 핵심인 변압기의 점검 방법과 절연유 관리, 온도 상승 원인, 예방점검 요령을 실제 현장 사례와 함께 자세히 소개하겠습니다.