다기능 계량기는 대개 에너지 소비량 측정을 위해 구입됩니다. 누군가는 교대 근무당 또는 생산 라인당 킬로와트시를 원하고, 계량기는 그 수치를 제공하기 위해 설치됩니다. 고조파 필터는 첫 1년 동안은 아무도 열어보지 않는 부품입니다. 그러다 중성선 단자가 뜨거워지거나 커패시터 뱅크에서 퓨즈가 끊기기 시작하면, 바로 그 계량기가 캐비닛 안에서 가장 유용한 기기가 됩니다.
범위 설명: 본 문서는 저전압 및 중전압 배전 시스템에 영구적으로 설치된 패널 계량기에서 최대 31차 고조파까지의 고조파 값을 판독하는 내용을 다룹니다. 이는 휴대용 전력 품질 분석기를 이용한 적합성 조사 대신 사용할 수 없으며, 간고조파, 플리커 또는 전압 강하 통계에 대해서는 다루지 않습니다. ACXION은 본 문서에서 다루는 TS 시리즈 계측기를 제조하는 업체이므로, 본 내용은 시험 연구소가 아닌 제조 및 적용 현장의 관점에서 작성되었습니다.
왜 중성선이 상선보다 더 많은 전류를 흘릴 수 있는가
균형 잡힌 3상 시스템에서 선형 부하에 전력을 공급할 때, 중성선에는 전류가 거의 흐르지 않습니다. 그렇기 때문에 중성선 도체의 단면적이 상선 도체보다 작은 경우가 많습니다. 그러나 스위칭 모드 전원 공급 장치는 이러한 상황을 바꿉니다. 정류기 프런트 엔드가 소비하는 전류는 사인파 형태가 아닙니다. 이 과정에서 발생하는 3차 고조파는 기본파와 달리 중성선에서 상쇄되지 않습니다. 3차, 9차, 15차 고조파는 중성선에서 상쇄되지 않고 합쳐집니다.
LED 조명과 데스크톱 장비만 연결된 배전반에서, 위상 전류보다 중성선 전류가 더 높게 측정된 사례가 있었습니다. 위상 전류 수치는 차단기 정격 범위 내에 넉넉하게 들어와 정상으로 보였으나, 중성선 쪽에서 열이 발생하고 있었습니다. 작년에 조사한 네 개의 배전반 모두에서 중성선이 어떤 위상선보다도 더 뜨거웠습니다. 모든 경우에서 해당 배전반은 부하가 선형이라는 가정 하에 설계된 것이었습니다. 명판 정보만으로는 이러한 사실을 전혀 알 수 없었습니다.
총 전류만 표시하는 계량기는 이러한 정보를 완전히 가려버립니다. 중성선의 고조파 성분, 또는 적어도 상선의 3차 고조파 성분을 파악해야만 중성선 도체의 단면적이 적절한지 판단할 수 있습니다.
단일 백분율이 아니라 전체 분포를 살펴보세요
대부분의 계측기는 총 고조파 왜곡을 하나의 수치로 표시하며, 대부분의 사람들은 그 수치만 보고 판단을 끝내곤 합니다. 하지만 이는 화면에 표시되는 수치 중 가장 유용성이 낮은 것입니다. 제3고조파로 인한 8%의 왜곡은 제11고조파로 인한 8%의 왜곡과는 별개의 문제이며, 해결 방법도 다릅니다.
이 순서는 원인을 알려줍니다. 5차 및 7차 고조파가 우세할 경우 6펄스 정류기를 가리키며, 이는 일반적으로 변속 드라이브와 대형 UPS 장치를 의미합니다. 3차 고조파가 우세할 경우 단상 전자 부하를 가리키며, 이것이 앞서 설명한 중성선 문제입니다. 제11차 및 제13차 고조파는 대개 12펄스 방식이나 대형 DC 구동 장치를 의미합니다. IEC 61000-4-7 표준은 공급 시스템의 고조파 및 상호고조파 측정을 어떻게 그룹화하고 평가해야 하는지를 규정하고 있습니다. 이는 고정형 계측기와 휴대용 계측기의 측정값이 0.1 단위 정도 차이가 나는 이유를 묻는 경우, 우리가 참조하는 기준입니다.
TS 다기능 계측기는 2차 고조파부터 31차 고조파까지 측정 결과를 표시합니다. 이 범위는 산업용 또는 상업용 배전반에서 흔히 접할 수 있는 고조파를 모두 포함합니다. 이 범위를 초과하는 고조파는 다른 등급의 계측기로 측정해야 하며, 별도의 조사 절차가 필요합니다.
고조파는 어디에서 오는가
원인은 거의 항상 같은 네 가지이며, 이를 파악하면 대개 측정하기 전에 스펙트럼을 예측할 수 있습니다. 가변 주파수 드라이브는 대부분의 공장에서 가장 큰 단일 원인입니다. 제어 캐비닛, PLC 랙 및 IT 장비에 있는 스위치 모드 전원 공급 장치는 결코 꺼지지 않는 광범위한 3차 고조파 배경을 발생시킵니다. 무정전 전원 공급 장치(UPS)는 정류기 설계에 따라 고조파를 발생시킵니다. 대규모 설비의 경우, 개별 조명 기구는 작더라도 그 수가 많기 때문에 LED 조명이 예상보다 더 많은 고조파를 발생시킵니다.
이 모든 것은 장비의 결함이 아닙니다. 현대의 부하들은 펄스 형태로 전류를 소비하며, 전원 공급 장치는 이를 감당해야 합니다. 문제는 배전 시스템이 이를 고려하여 설계되었는지 여부뿐이며, 대개는 그렇지 않았습니다.
커패시터 뱅크 트랩
역률 보정 콘덴서는 관리 가능한 수준의 고조파를 고장으로 이끄는 주범입니다. 콘덴서는 고조파 주파수에서 저임피던스를 보이기 때문에, 콘덴서 뱅크는 전체 설비에서 발생하는 고조파 전류를 흡수하게 됩니다. 만약 커패시터 뱅크의 인덕턴스가 존재하는 고조파 주파수 근처에서 공진하게 되면, 해당 분기의 전류는 퓨즈와 접촉기가 설계된 허용치를 훨씬 초과하여 치솟을 수 있습니다. 커패시터 퓨즈의 단선, 케이스의 부풀음, 접촉기 접점의 용착 등이 일반적인 증상입니다. 이러한 현상은 대개 커패시터의 품질 문제로 진단됩니다.
우리는 커패시터 뱅크에 명백한 고장이 발생한 두 건의 패널 현장에 출동한 적이 있습니다. 실제 원인은 18개월 전에 이루어진 드라이브 개조 작업이었습니다. 해당 뱅크는 부하가 주로 모터로 구성되어 있을 때 설계된 것이었으나, 새로운 드라이브에서 발생한 고조파 전류가 즉시 공진점을 찾아낸 것이었습니다. 두 사례 모두 계측기 데이터가 논쟁을 종결지었습니다. 커패시터 회로에서 측정된 5차 고조파 전류는 기본파의 수 배에 달했습니다.
각 단계와 직렬로 연결된 비공진 리액터를 사용하는 것이 표준적인 해결책입니다. 리액터는 이전 작업에서 얻은 일반적인 값을 기준으로 선택하는 것이 아니라, 실제로 존재하는 고조파 차수에 맞춰 선정해야 합니다.
신뢰할 수 있는 수치 확보하기
고조파 측정값의 정확도는 이를 공급하는 전류 변압기의 성능에 달려 있습니다. TS 계측기는 1 A 또는 5 A의 CT 2차 측을 지원합니다. 전압 입력은 57.7/100 V 또는 220/380 V이며, 직접 입력하거나 PT를 통해 입력할 수 있습니다. 이 계측기는 전류 및 전압 입력 모두에서 0.2 VA 미만의 부하를 발생시킵니다. 이 마지막 수치는 겉보이는 것보다 더 중요합니다. CT가 작고 2차 배선 거리가 길 경우, 케이블의 부하로 인해 코어가 포화 상태에 이를 수 있습니다. 포화 상태에 이른 코어는 실제로 존재하지 않는 고조파를 감지하게 됩니다.
전류와 전압은 0.2급, 유효전력과 유효전력은 0.5급, 무효전력은 1급으로 측정됩니다. 고조파 분석의 경우, 고조파 성분은 동일한 프런트 엔드에서 발생하므로 전압 및 전류의 정확도를 확인해야 합니다. 주파수 범위는 45~65 Hz이며, 전류 입력의 연속 과부하 용량은 정격의 1.2배입니다.
통신 측면에서, 계량기는 RS485를 통해 2400, 4800, 9600 또는 19200 bps 속도로 Modbus-RTU를 지원하며, 기본값은 9600입니다. 실제로는 보드 속도가 제한 요인이 되는 경우는 거의 없습니다. 제한 요인은 SCADA 마스터의 폴링 빈도입니다. 시간당 한 번만 스펙트럼을 측정하면 특정 드라이브가 시동될 때 나타나는 피크 값을 포착할 수 없습니다.
패널 형식 및 옵션 선택
계측기는 남은 공간에 맞아야 하며, 개조 작업의 경우 그 공간은 기존 계측기가 차지하던 크기 그대로입니다. TS 시리즈는 48, 72, 80, 96mm 정사각형 규격과 96×48mm 규격으로 제공됩니다. 컷아웃 크기는 45 × 45, 68 × 68, 76 × 76, 91 × 91 mm이며, 와이드 버전의 경우 91 × 45 mm입니다. 96mm 유닛은 스펙트럼을 선명하게 표시할 수 있는 화면 영역을 갖추고 있습니다. 이는 운영자가 버스를 통해가 아닌 현장에서 직접 판독해야 하는 경우 특히 중요합니다.
선택적 확장 옵션에는 1개 또는 2개의 릴레이 출력, 2개 또는 4개의 디지털 입력, 그리고 4~20 mA 또는 0~20 mA 범위의 1~3개의 아날로그 출력이 포함됩니다. 어떤 옵션을 선택해야 할지는 계측기가 단순히 측정값만 표시하는지, 아니면 제어 기능도 수행하느냐에 따라 달라지며, 모든 조합이 모든 프레임 크기에 적합한 것은 아닙니다. 96 × 48 mm DC 계측기의 경우, RS485 옵션과 단일 아날로그 출력은 상호 배타적입니다. 이 선택은 주문 전에 결정해야 합니다.
전원 사양은 AC 또는 DC 80~270V이며, 소비 전력은 5VA 이하입니다. 작동 온도 범위는 영하 10~55℃이며, 최대 고도는 2,500미터입니다. 전원, 입력 및 출력 간의 절연 강도는 AC 2kV 이상입니다.
이 플랫폼은 직류 측정 기능도 지원합니다. 직류 전압의 직접 입력 범위는 최대 1000V이며, 전류는 75mV 션트 또는 홀 센서를 통해 측정되며, 정확도는 Class 0.5 등급입니다. 이는 태양광 및 통신용 보드에 필요한 사양입니다. 이 제품은 AC 계량기의 옵션이 아닌, 별도의 모델군으로 제공됩니다.
견적서를 작성하기 전에 확인하는 사항
저희는 제조업체이므로, 해당 제품을 판매한다는 점을 밝히는 것이 마땅하며, 안내 내용에도 그 사실이 반영되어 있습니다. 고객님께서 제공해 주셔야 할 사항은 구매 주문서가 아닙니다. 이미 설치된 시스템 전압, CT 비율 및 2차 정격, 그리고 전압이 직접 측정되는지 아니면 PT를 통해 측정되는지 여부입니다. 또한 실제로 필요한 정확도 등급, 필요한 확장 출력, 그리고 측정값을 어떻게 수집할 것인지에 대한 정보도 필요합니다.
이 범위의 계량기는 카탈로그에 따라 주문 제작되며, 구성별로 견적이 산정됩니다. 모델 매트릭스, 확장 코드, 배선 방식 및 절개 치수는 당사 웹사이트의 TS 시리즈 카탈로그에 수록되어 있습니다. 다운로드 센터. 해당 설치 환경에도 보호 조치가 필요한 경우, [선택 안내]에 대한 당사의 설명을 참고하시기 바랍니다. ACX6300 보호 릴레이 도포하여 패널의 해당 면을 덮으십시오.
이 기사에서 다루지 않는 내용
상간 고조파, 전압 플리커, 전압 저하 및 상승 통계, 그리고 전력 회사 요금제에 따른 규정 준수 보고 등은 모두 패널 미터의 본래 기능 범위를 벗어난 사항입니다. 해당 설비가 전력망 운영자가 설정한 고조파 제한치를 충족하는지 여부를 확인하려면, 조사 기간 동안 휴대용 분석기를 사용해야 합니다. 이러한 한계가 어떻게 설정되어야 하는지에 대해서는 일반적으로 IEEE 519 표준을 참조합니다. 고정 설치된 계량기는 화요일 오후의 상황을 보여줄 뿐입니다. 계량기 자체만으로는 전력사가 이에 대해 어떤 입장을 취할지 알려주지 않습니다.
여기에 표시된 등급은 현재 제품 카탈로그에 기반한 것입니다. 주문 확인서에서 모델 코드와 확장 조합을 확인하시고, 장치와 함께 제공된 배선도를 최종 기준으로 삼으십시오.