파워퓨즈,진공차단기 및 고조파에 관하여

질문하신 님께서 전기에 관한 지식이 충분히 있으므로 특성적인 부분을 설명해 드립니다.
변전실 MAIN PF로 한류형이 설치되는것은 한류형 퓨즈의 고유 특성인 백업차단 방식이 있기때문입니다.
한류(억제) 의 특성은 전력퓨즈 이외에서는 나타낼수없는 한류형 퓨즈의 고유의 특성중 하나입니다.
간단하게 차단기의 차단특성을 설명하여 드리면 다음과 같습니다.
한류형퓨즈는 고장전류가 발생하면 높은 아아크 저항을 발생하여 사고전류를 강제로 한류 차단합니다, 한류형 퓨즈의차단 현상을 그래프로 살펴보면 예를들어 고압 차단기 8 Cycle Breaker 의 경우에는 릴레이
시간이 2.9 Cycle 이고 이시점에서 트립코일(Trip coil)이 여자를개시
하고 5~6 Cycle 부근에서 개극이 시작되고 7.5 Cycle 정도에서 차단이완성 됩니다.
그리고 비 한류형(전류 0 에서차단 ) 퓨즈는 Are시간은 0.55 Cycle 정도이고 전차단 시간도 0.65 Cycle 정도밖에 되지 않습니다.
그러나 한류형 퓨즈(전압 0 에서 차단 )는 Are 시간이 0.4 Cycle 이고 전차단 시간이 0.5 Cycle 정도 밖에되지 않습니다.일반적으로 차단기에서는 단락전류가 거의 한류하지 않고 파고값도 줄어들지 않습니다 또한 릴레이 동작시간을 포함시켜야 하기때문에전차단 시간은 보통 10 사이클(0.16초) 정도가 됩니다. ( 솔찍이 차단 시간 숫자가 가물가물 합니다,잘못 되었으면 회원님들 리플 하여 수정해 주십시요)
그러나 전력 퓨즈는 처음 반파에서 차단을 시작하고 그전류치에 대한 파고값도 낮아서 한류효과가 큽니다 이러한 이유로 후비보호 목적으로 다른 차단기와 병행하여 널리사용 되고있습니다.
일반적으로 공장설비에서는 단락사고시 Back Power 가 몹시 크게됩니다 ,단락시 최대 파고치는 대칭 단락전류의 실효치값에 2,5~3 배 정도가 되는것으로 알고있습니다, 따라서 예상 보다는 상당한 단락용량이 기기에 영향을 미치게 되는것 입니다.
차단기의 처리능력 이상이되는 단락용량은 파급은 적을수가있지만 일단 사고가 발생을하면 파고점의 파괴는 물론 2차적 피해를 유발하야 플랜트 전체가 중대한 손실을 입을수가 있습니다.
그리고 생산라인에 설치한 치단기나 그밖에 보호기기를 교체한다는 것은 말은쉽지 그리 간단하지는 않습니다.
일반적으로 단락전류의 제어대책은 계통을분리하고,변압기 임피던스를 제어하거나,한류리엑터 등을 설치하여 사용하고 있으나 일반적인 건축물에서는 염려하지 않아도 되지만 공장이나 플랜트설비에서는 검토가 되어야 합니다. 퓨즈는 안전장치에 속합니다,보편적으로 우리 후배들은 파워퓨즈가 나가면 단순하게 교체만 하는 실정 이지요, 그러나 정확한 원인 파악이없다면 더이상의 기술적인 진전은 없습니다. 항상관심을 가지시고 원인과 결과를 정리하는 습관과 체계적인 관리를 준비 하셔야 합니다. 처음 전기를 하신다면 이해가 잘 되지 않겠지만 선배들에게 질문을하여 개념을 정리하세요,여러번 강조하지만 기본적인 개념이 분명하면 특성을 이해하고 구분 할수 있는 방법을 터득 할 수 있습니다.

질문2 진공 차단기에 관한 답변입니다.

차단기에 관한 질문 내용이 정확하게 원하는 부분이 무엇인지
알수는 없지만 차단기의 투입과 트립 방식을 알고싶은것 같아서 일반적인 차단기 3AF,24KV 의 투입에 관해서 서술합니다.
차단기는 부하전류와 고장전류를 주로 차단하지만 회로를 선택하여 개폐하는 역할을 합니다.
그럼 진공차단기의 사용목적부터 간단하게 서술하여 드리겠습니다.
진공차단기(Vacuum Circuit Breaker V.C.B)
사용목적
회로의 고장이나 사고시에 고장전류의 차단을 주목적으로 행하며 회로를
선택하여 개폐 하며 부하전류를 개폐함과 동시에 이상현상 발생시에는 회로를 신속하게 차단을 하는 역할을 합니다. 그리고 회로에 접속된 전기기기,전선류를 보호하며 안전하게 유지 하는것을 목적으로 합니다.
V.C.B 는 진공에서 높은 절연내력과 확산성질을 이용하여 아아크 발생시
아크생성 물의 급속확산을 이용하여 제어하는 소호(제거)방식을 선택하고있으나, 동작시에는 높은 서지 전압이 발생하여 충분한 대비가 있어야합니다. 일반적인 진공차단기 조작 방법은 다음과 같습니다
수동투입방법
1. Charging, 조작 핸들을 홀에 넣은후 우측으로 돌린다,스프링에의해서 구동모터가 가동되면 Charge 가 완료된후에 정지하게 된다.
2. 진공차단기(VCB) 전면에 적색 투입버튼 을 누르면 트립단자에 트립신호가 전달되어 차단기가 투입되게 됩니다.
밧데리나 구동모터가 이상이 없을 경우에는 상기 방법이 자동으로 진행이되며 수동인경우에는 진공차단기 전면에 스프링 표시가 나타나는지 확인후에 투입을 해야 합니다.
V.C.B 를 트립시킬 경우에는 진공차단기 전면표시( 일명 Open 버튼) 를 누르면 간단하게 차단이되며 트립이 되어야 진공차단기를 인출 할수가 있습니다, 차단이 정상적으로되면 on/OFF Indicato 에 Open 표시가 점등이되고 녹색 램프가 점등이 됩니다.
자동투입 방법
1. COS S/W 를 Local 위치로 둔다
2. COS S/W 를 앞쪽으로 당긴후 on(좌측)으로 돌린다,구형은 당기지않고
그냥 좌측으로 돌리는 형식도있습니다.
3.자동 트립시에는 COS S/W 를 앞쪽으로 당긴후 OFF(우측) 으로 돌리면
즉시 트립이 되며 녹색 램프가 점등이 됩니다.
또한 계전기에 따른 자동 트립현상이 있으며 50/51 (OCR ) TRIP -VERY INVERSE TYPE 에의한 트립방법도 있습니다. 이 경우에는 3상중 1상에 과부하 전류가 흐를경우에는 OCR 이 이를 감지하여 A 접점을 vcb 제어회로의 51x 의 보조릴레이에 전달하게되고 51x 가 여자되며 여자된 51x 의 a 접점이 86x 보조 릴레이에 전달하게되고 여자된 86x 의 a 접점에 의해서 진공차단기(vcb)가 트립이 되면 부저가 울리고 고장램프 신호가 점등이됩니다, 지난번 보내드린 케드 8번 도면 입니다.
그리고 50/51G (OCGR) TRIP -VERY INVERSE TYPE 은 단락 사고시 선로의
고장에 의한 영상전류 가 발생하게 되므로 OCGR 이 이를 감지하게 됩니다, 이를 감지하여 A 접점을 VCB 제어회로의 51GX 보조릴레이에 전달하게되고 51GX 가 여자되고 여자된 51GX 의 A 접점이 86X 의 보조 릴레이
에 전달하게되고 여자된 86X 의 A 접점에 의해서 VCB 는 트립이되고 부저가 울리며 고장 램프가 들어오게 됩니다.
또한 부족 전압계전기 (27 UVR TRIP ) 트립방법은 고장에 의해서 전압이 정정치 (AC 60 -90 V )이하로 내려갈 경우 UVR 이 이를 감지하여 A 접점 을 VCB 제어회로의 27X 보조릴레이에 전달하고 27X가 여자되며
여자된 27X A 접점이 86X 보조릴레이에 전달하게되고 여자된 86X 의
A 접점에 의해서 VCB 가 트립이 되게 됩니다.
상기와 같이 VCB가 트립이되면 복귀 동작을 실시해야 합니다, VCB 가트립시 부져를 정지하고 (P8을 누름 ) 고장 원인을 제거한후 리세트 버튼을 눌러서 투입조작을 하면 됩니다.
자동제어 도면없이 설명하기가 무척어렵군요, 아울러 차단기가 자동이나
수동으로도 투입이 되지 않을경우에는 보조릴레이 회로의 전원을 차단하고 투입하면 차단기가 투입되는 경우가 많습니다,실무적으로 참고 하십시요,차단기에 대한 계산방식도 설명드리고 싶지만 시간적인 여유가 없어서 무척 죄송합니다.
실무지식이 조금있다면 이정도는 이해 하시리라 믿습니다.

질문 3에 관한 답변입니다.

고조파 문제는 지난번 전화 통화로 대화를 나누었는데 부족하신것 같습니다,문제가 되는 상이 N 상으로 알고있는데 님께서는 혼란이 오는것 같아서 고조파에 관하여 부연 설명을 드립니다.
고조파 문제는 최근에서야 전기인들이 관심을 보이기 시작하였습니다.
과거에는 단순하게 저항에의한 부하를 생각하고 수변전실에서 중성선(N상) 에 전류가 흐른다는 생각을 하지않았습니다.
그러나 최근에 중성선에는 영상분 고조파가 흐르고있다는 사실을 알게
되었고 그 결과 이유없이 발생하던 과열에의한 화재와 변압기,발전기
출력저하,계전기(OCR,OCGR,ACB,MCCB) 오작동,과다한 역률저하,전자기기
의 오작동 현상이 해결되기 시작하였습니다.
고조파의 정의는 기본파에 대해서 그의 정수배 주파수를 말합니다.
정상분 고조파는 백터도에서 ( 3N+1) : 4,7,10 으로 표시되고
역상분 고조파는 백터도에서 ( 3N+2) : 5,8,11 으로 표시되고
영상분 고조파는 백터도에서 ( 3n ) : 3,6,9 로 표시가 됩니다.
고조파 발생원리는 평형상태의 R,S,T, 상은 120 도의 위상차를 가지고있어 중성선은 R,S,T, 각상의 백터 합이 iR + is + It = 0 가 됩니다.
그림을 그릴수는없지만 고조파가 각상에 흐를경우에는 위상이 모두같기
때문에 중성선에는 백터 합이아니고 각각의 합이 흐르게 됩니다.
이러한 이유로 중성선에는 0 이 아니고 상전류 보다 큰값이되어 전류가
확대가 됩니다.
그러나 변환장치에서 발생하는 고조파는 정상분 이거나 역상분이 대부분이며 실제로 우리나라에서 문제가되는 3상 4선식 방식에서는 영상분이
문제가 되는것으로 알고있습니다,그래서 중성선 관리가 강조되는것입니다
마지막으로 고조파의 영향은 앞에서도 잠시 언급하였지만
1) 유도장애 2) 역변환장치의 여유각감소 3)전력계통의공진
4) 회전기,콘덴서과열 현상 5)계전기,전자기기 오작동 6) 수은등,형광등에 영향을 미칠수있습니다.
대책으로는 변환기를 다펄스화 시키고,교류필터를 설치하고,계통의 구성
을 고려하고 기기의 고조파에대한 내량을 증가 시켜야 합니다.
고조파의 개념과 정의는 이정도 언급하겠습니다.
고조파에 관해서 자세한 내용은 www.psdtech.com 에 들어가셔서 많은
정보를 얻기를 바라며 또는 성안당 에서 발행한 고조파 장해,억제대책
사례 를 참고하세요. 도움이 될것입니다.
아울러 수변전실에서 진상이 발생하면 페란티 현상이 발생 할수 있습니다.
페란티 현상은 송전단 전압보다 수전단 전압이 커지는 현상을 말합니다.콘덴서를 설명 할때 잠시 언급하였습니다.
페란티 현상이 발생하면 변압기에 가장큰 영향을 미치게 됩니다.
변압기는 1차측에서 유입되는 교류전력을 받아서 전자유도작용에 의해서 전압및 전류를 변성하여 2차측에 공급하는 기기입니다.
역으로 말하면 이러한 현상이 역발생하면 변압기는 어떻게 되겠습니까?
그다음은 이해가 되실줄 믿습니다, 다른계전기나 기기의 수명이 단축되는 현상도 올수있지만 근본적인 문제는 여기에있는것입니다. 그러나
진상이 되더라도 그 부하의 크기가 미흡하여 영향이 적으나,다른조건에
편승하여 증폭이 되거나 확대가 된다면 문제는 달라지게 됩니다.
그러나 부하의크기가 작은 빌딩이나,아파트에서는 그영향이나 크기가 미흡하다고 알고있습니다.
특히 야간에는 경부하가 발생되어 진상이 발생하기가 쉬워서 야간에는 콘덴서를 차단하는 현장도 종종있습니다 그리고 역률계도 비선형 부하를 체크 할수있는 계기로 교체하여 정확한 부하를 측정해야 합니다,변압기용
콘덴서와 용량의 관계를 잘살펴 보시기 바라며 여유가있다면 직렬리엑터를 함께설치하여 고조파에 대비하는것이 좋을것 같습니다
정확하게 말해서 접지선 인지 아니면 중성선(뉴트럴) 인지 분명하지 않아서 나름대로 말씀을 드립니다.
우선 중성선(N상)에서 전류가 많이 나타나면 이는 고조파에의한 원인이
80% 이상입니다.변압기는 고조파 발생원 이지만 델타 와이 결선에서는 고조파가 외부로 나타나지 않고 순환을 하기때문에 지장이 없으나 제3고조파는 역상분 이므로 발열로 나타나게 됩니다,그러나 직렬리엑터 가 없는경우에는 제5고조파를 제거하여 파형을 개선해야 합니다.(변전실에는 직렬리엑터가 거의 설치되어있지 않음)
고조파인 경우에는 왜형율과 허용치를 검사하여 통상적으로 배전계통에서는 5% 이내이면 크게 걱정 할필요는 없으나 그 이상이면 고조파 저감 장치를 사용하여 받듯이 개선해야 합니다,또한 진상 콘덴서에 의한 고조파가 확대가되는지 필히 검사를 해야 할것 같습니다.
고조파의 영향은 다양 하지만 몇가지만 소개를하면
전력개통의 공진을 일으키고,회전기와 콘덴서에 발열과, 전기기기에 유도 장해를 일으킵니다.
또한 고조파는 노이즈와 구별하는데 노이즈는 주로 인버터 계통에서 많이 발생하고 고조파는 컴버터 에서 많이 발생합니다.
그리고 노이즈는 전달경로가 동일한 전원계통이나 접지계에 접속되어
전파되는 도전성이고,방사성 이며 유도성 입니다.
그러나 고조파는 도전성이 대부분 입니다, 이점을 기억해주세요.
그리고 노이즈는 스위칭 주파수에서 발생량에 영향을 미치는 원인이되고 있으나 고조파는 전원 임피던스 입니다.
저감 대책은 노이즈는 노이즈 필터를 설치하거나 트위스트 실드케이블 또는 스위칭 주파수를 저감 시키는 방법이 있습니다.
고조파는 AC,DC 리엑터와 다상 정류회로를 채택하고 액티브 필터나 PWM 컨버터를 사용하여 개선 합니다.
주파수로 알아보면 노이즈는 약 9khz 이상이고 고조파는 40차 또는 9khz 이하 입니다.
또다른 원인으로는 접지선과 상을 연결하여 사용하는 경우인데
이경우에는 전원으로 사용 할수는 있지만 접지선에 전류가 나타나게 되고 누전경보기에도 나타 나게 됩니다, 전위차가 생겨서 순환전류가
나타 나는것 입니다.(누전과 동일하게 나타 납니다)또한 접지선에 전류가 많이 나타나면 상과 접지선으로부터 전원을 사용하기 때문입니다,상과 중성선(N) 으로 바꾸어 결선해야 합니다.(220V 를 사용할경우)
귀하의 경우에는 사용하는 부하의 종류와 접지선과 중성선을 혼동하지 않았는지 다시 한번 확인해 보시기 바랍니다.
이정도에서 마무리 하도록 하시지요,너무 길어서 다른분들이 읽고 이해 하기에는 답답한 느낌이 드는군요.
다음부터는 별도로 메일로 답변을 드리겠습니다.