전압 강하(Voltage Sags or Voltage Dips)는 시스템 RMS 전압 크기가 10%에서 90% 사이로 단기간 감소하는 것으로, 일반적으로 몇 주기에서 몇 초까지 지속됩니다. 2분 이상 220볼트에서 198볼트로 전압이 떨어지는 것이 전압강하입니다. 전압 강하의 원인은 전기적 결함과 DOL 시동 시 대형 정격 모터의 시동입니다.
전압강하는 시스템 종료로 이어지고 전기 장비의 효율성과 수명을 감소시키며 전자 장비의 오작동을 일으킬 수 있습니다.
1. 전압강하의 정의
1. IEEE 1159
- 전압강하는 0.1에서 0.9 pu 사이의 RMS 전압 감소와 0.5 사이클에서 1 분까지의 시간 지속 시간입니다.
2. IEC 61000-4-30
전압 강하는 RMS 전압이 1/2cycle에서 1min의 기간 동안 지정된(정격) 장비 전압보다 10% 이상 짧게 감소하는 것입니다. 전압 감소는 공칭 전압의 90% 미만이지만 완전한 중단은 아닙니다. 이 현상에 대한 IEC 정의는 전압 강하입니다.
일반적으로 Voltage Sags는 미국, Voltage Dips은 유럽 국가에서 사용하는 용어입니다.
전압 강하는 전압이 공칭 값의 90%와 1%로 갑작스럽고 단기간에 감소한 후 이 전압이 회복되는 것입니다. 전압 강하의 지속 시간은 반주기(10ms)에서 1분 사이입니다.
유럽 표준 EN 50160에 따르면 전압 강하는 유효 전압 값이 규정된 공칭 값의 90%에서 1% 사이의 값으로 갑자기 낮아진 후 이 전압이 "즉시" 회복되는 것입니다. 전압 강하의 지속 시간은 절반 주기(50Hz 그리드의 경우 10ms)에서 1분 사이입니다.
전압의 유효 값이 규정된 공칭 값의 90% 이하로 처지지 않으면 정상적인 작동 조건으로 간주됩니다. 전압이 공칭 값의 1% 미만으로 떨어지면 전압 중단으로 간주됩니다.
따라서 전압 강하를 중단과 혼동해서는 안 됩니다. 예를 들어, 회로 차단기가 트립된 후(통상 300ms) 중단이 발생합니다. 주 전원 장애는 나머지 배전망 전체에 전압 강그로 전파됩니다. 이 다이어그램은 전압 강하, 단기 또는 장기 중단 및 저전압 상황 간의 차이점을 명확히 합니다.
2. 전압 강하의 원인
1) 시동 전류
작은 전압 강하의 알려진 원인은 커패시터, 모터 및 기타 장치의 시동 또는 돌입 전류입니다. 다음 다이어그램에서 모터가 시동될 때 전류가 잠시 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 돌입 전류는 임피던스 Z와 Z1에서 전압 강하를 일으킵니다. 그러나 저전압 버스 바(처짐 영역 1)에서 더 작은 전압 강하가 발생하고 임피던스 Z1(처짐 영역 2) 뒤에서 다소 더 큰 전압 강하가 발생합니다.
모터와 같은 큰 부하의 "시동"은 전압 강하로 이어질 수 있습니다
이 현상에 대한 가능한 개선은 시스템 자체의 최적화, 즉 전기 부하의 스위치가 임계 전압 강하로 이어지지 않아야 한다는 데 있습니다. 일반적인 솔루션은 PFC용 커패시터 접촉기 또는 모터용 소프트 스타터와 같은 적절한 시동 장비이지만, 단락 전력의 증가(임피던스 감소)뿐만 아니라 더 큰 케이블 단면적, 더 높은 그리드 레벨로 연결 지점 변경, 더 강력한 개폐 장치 및 변압기 등이 될 수 있습니다.
2) 저전압 네트워크의 단락
저전압 네트워크에서 단락이 발생할 경우 매우 높은 전류가 흐릅니다. 단락 전류의 피크는 임피던스 Z와 Z3의 값에 따라 달라집니다. 실제로 임피던스 Z3는 더 크고 지배적인 임피던스 Z3입니다. 임피던스 Z3의 값은 무엇보다도 케이블의 유형(단면적, 재료)과 길이에 따라 결정됩니다. 케이블의 길이가 길수록 임피던스가 높기 때문에 단락 전류가 작아집니다. 단락 전류는 임피던스 Z에 걸쳐 전압 강하를 일으켜 저전압 주 분배 버스 바의 전압이 잠시 붕괴됩니다(강하 영역 1).
단락이 발생한 경우 그룹 3의 차단기를 트립해야 합니다. 차단기가 트립되는 데 100ms 이상 걸리면 전압이 100ms 동안 전체 시스템에서 깊게 처집니다.
저전압 네트워크에서 발생하는 단락은 매우 자주 발생합니다. 그러나 선택적 단락 보호가 네트워크 수준 전반에 걸쳐 적절한 방식으로 설계되는 한 실제로는 종종 무시될 수 있습니다. 그러나 고압 측의 단락은 훨씬 더 중요합니다.
3) 고압 네트워크의 단락
대부분의 경우 전압 강하는 고압 네트워크에서 발생합니다. 일반적인 근본 원인은 다음과 같습니다.
- 도로 공사
- 굴착 및 토공
- 연결 커플링의 플래시오버
- 케이블 노화
- 가공 송전선로의 단락(폭풍 피해, 동물 등)
- 낙뢰
이 다이어그램은 고압 네트워크 설계의 전형적인 예를 보여줍니다. 변전소/지역 2차 변전소(녹색 점)는 고리로 서로 연결되어 있고 배전 주 변전소(파란색 점)에 연결됩니다. 링은 어느 지점에서 열려 있습니다(녹색 점 링의 오른쪽 하단 참조). 단락이 있으면 단락 전류가 흐릅니다(빨간색 선). 이것은 배전 주 변전소의 차단기가 링을 끌 때까지 흐릅니다. 이것은 왼쪽 다이어그램(왼쪽 상단 링)에서 볼 수 있습니다.
따라서 단락 중에는 잠시 동안 높은 전류가 흐릅니다. 네트워크 임피던스로 인해 전체 네트워크에서 단기적으로 전압이 낮아집니다. 이러한 단기적인 전압 저하 현상은 "전압 강하"로 두드러집니다.
대부분의 전압 강하는 고압 네트워크의 단락으로 인해 발생합니다
모든 전압 강하의 약 75%가 고압 네트워크에서 발생합니다. 종종 소비자는 이러한 문제를 피할 수 없습니다.
3. 전압 강하로 인한 문제
전압 강하는 컴퓨터 시스템, PLC 시스템, 릴레이 및 주파수 변환기의 고장으로 이어질 수 있습니다. 중요한 공정의 경우 단 한 번의 전압 강하만으로도 높은 비용이 발생할 수 있으며, 연속 공정은 특히 이에 의해 영향을 받습니다.
전압강하로 인한 문제는 다음과 같습니다 .
- 생산 중단으로 인한 이익 손실
- 생산 손실을 만회하기 위한 비용
- 제품 배송 지연에 대한 비용
- 원자재 낭비 비용
- 기계, 장비 및 금형 손상에 대한 비용
- 유지 보수 및 인건비
4. 전압 강하를 방지하는 방법
대부분의 전압 강그는 공공 전력망에서 발생합니다. 이러한 전압 강하는 방지할 수 없습니다. 전압 강하를 '제거'하고 그 결과를 최소한으로 유지하려면 UPS 또는 액티브 전압 컨디셔너 사용을 고려할 수 있습니다.
"UPS는 무정전 전원공급 장치이며 일반적인 기본 전원 공급 장치가 고장난 상황에서 기본 장비에 전원을 공급합니다."
1. 정적 UPS 시스템
정적 UPS는 종종 정전을 흡수하는 데 사용됩니다. 이 시스템은 정류기, 배터리에 의한 에너지 저장 및 인버터로 구성됩니다. 예를 들어, 데이터 센터와 병원에서 UPS 시스템은 발전기가 공급하는 비상 전원에 대한 역할을 합니다. 따라서 UPS 시스템은 다용도이며 단기간의 전압 강하도 흡수합니다. 정적 UPS 시스템의 단점은 효율성(자체 소비), 시스템에 필요한 물리적 공간, 구매 및 상대적으로 높은 유지 보수 비용입니다.
2. 액티브 전압 컨디셔너(AVC)
전압 강하를 흡수하기 위한 전용 시스템을 사용할 수 있습니다. 이들은 슈퍼 커패시터를 기반으로 작동하는 시스템과 딥의 영향을받지 않는 위상에서 필요한 에너지를 얻는 시스템으로 구별 할 수 있습니다. 이러한 시스템을 전압 안정화 시스템이라고도 합니다.
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