[논문]공장전기설비의 누전차단기 오동작 조사 및 전력품질분석

이상익; 최규하

공장전기설비의 누전차단기 오동작 조사 및 전력품질분석
Power Quality Analysis and Failure Survey of Earth Leakage Breakers in Factory Electrical Installation 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.13 no.1, 2008년, pp.15 - 21

초록
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공장전기설비에서 개인용 컴퓨터, 정류기, 전기로와 시험장치 등의 비선형 부하 사용 증가에 따른 고조파 발생으로 누전차단기가 오동작하거나 불필요 동작을 하고 있다. 따라서 공장전기설비의 안전관리자를 대상으로 누전차단기의 오동작 상태에 대한 조사를 실시하였다. 또한 누전차단기가 오동작하거나 불필요 동작을 하고 있다는 수용가에서 전압, 전류, 고조파와 불평형 등 전력품질을 측정하고 분석하였다. 본 연구결과는 왜형된 전류파형으로 누전차단기의 트립특성 시험과 누전차단기 오동작 원인분석시 자료로 활용하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presented a actual conditions on a false-tripping of ELB(Earth Leakage Breakers) and an assessment of the harmonics due to non-linear electronic equipment such as personal computers, rectifier, electric furnace and test equipments in factory electrical installation. Actual conditions on a failure of ELB were surveyed and analyzed by making up a question to safety managers of factory electrical installation. Also, power quality measurements such as harmonic currents, voltage and current waveform and current imbalance were made at various factory electrical installation where nuisance tripping of ELB is often occurred. The results of this study can be used in making decisions regarding cause of ELB trip and operating and tripping characteristics test of ELB when subjected to distorted current waveform.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

전자식안정기, 컴퓨터, 정류기 등의 전력전자소자를 이용한 부하들은 전원을 변환하는 과정에서 고조파를 발생시키게 되고 정전용량에 의해 누설전류가 흐르게 되어 정전용량이 커져 누전차단기가 동작하게 되지만 대다수의 전기설비를 관리하는 안전관리자들의 인식은 이러한 인식보다는 누전차단기의 오동작으로 인식하고 있다. 따라서 본 논문에서는 전기안전관리자가 상주하고 있는 공장전기설비에서 전기안전관리자들을 대상으로 누전차단기의 오동작 주요원인과 피해형태에 대하여 설문을 통한 오동작 실태를 조사하고 누전차단기 오동작이 자주 발생하고 있다고 주장하고 있는 일부 수용가의 전기설비에서 고조파와 전원품질을 측정하고 분석하였다.
본 논문에서는 공장전기설비에서의 누전차단기 오동작 현황 및 피해 등을 조사 및 분석하였고, 누전차단기 오동작이 자주 발생하는 공장전기설비에서 전압과 전류, 고조파, 불평형 등의 전력품질을 측정하여 전원 왜곡의 특징을 보여주었다.
본 논문에서는 누전차단기의 오동작이 발생하고 있다는 수용가의 계통에서 RPM사의 1650 장비를 이용하여 전력품질을 측정하였다. 전력품질의 측정은 누전차단기 오동작이 자주 발생하는 공장전기설비의 분전반에서 대부분 1시간 동안 측정하였다.
본 논문에서는 제조를 주 업무로 하는 공장전기설비에서 전기설비를 상주하면서 관리하고 있는 전기안전관리자를 대상으로 누전차단기 오동작 발생현황, 오동작 주요 원인, 오동작 발생시 원인분석 여부, 피해 형태 등을 설문조사하였다. 조사에서 총 140호의 수용가에서 응답하였고 그 결과를 분석하였다.

제안 방법

전력품질을 측정하였다. 전력품질의 측정은 누전차단기 오동작이 자주 발생하는 공장전기설비의 분전반에서 대부분 1시간 동안 측정하였다. 전력품질을 측정한 공장들 대부분 누전차단기 오동작시 절연저항 및 누설전류 등을 즉정하여도 특별히 문제가 없었으나 누전차단기가 자주 동작한다는 곳을 선정하였다.

대상 데이터

전력품질의 측정은 누전차단기 오동작이 자주 발생하는 공장전기설비의 분전반에서 대부분 1시간 동안 측정하였다. 전력품질을 측정한 공장들 대부분 누전차단기 오동작시 절연저항 및 누설전류 등을 즉정하여도 특별히 문제가 없었으나 누전차단기가 자주 동작한다는 곳을 선정하였다. 이러한 공장들의 분전반에서는 정류기와 전기로 및 압출기, 냉동기, 흐]터, 모터 등의 부하에 전원을 공급하고 있었다.
등을 설문조사하였다. 조사에서 총 140호의 수용가에서 응답하였고 그 결과를 분석하였다.

성능/효과

공장전기설비에서 누전차단기의 오동작 경험은 그림 2와 같이 응답수용가 140호의 77%(108호)로 대부분의 수용가에서 누전차단기의 오동작을 경험한 것으로 나타났다.
그리고 누전차단기의 오동작이 발생하여 나타나는 2 차적인 피해유형은 복수의 응답이 가능하도록 질문한결과 그림 6과 같이 제품생산차질이 44.1%로 가장 많았고, 그다음으로 기기손상 24.6%, 원료손상 및 조업중단 15.1%, 정보손실 9.5% 순으로 나타났으며 기타 6.7% 정도의 비율을 차지하였다. 특히, 통신 및 전자제품 등의 생산시설이 공장내부에 있는 경우는 제품 동작 프로그램 다운로딩시 에러 등으로 인하여 많은 경제적 피해를 입을 것으로 예상된다.
누전차단기 오동작이 자주 발생하고 있다 주장하는 수용가에서의 전력품질을 측정한 결과 측정 수용가의 50% 이상이 IEEE 519의 수용가 전압 THD 규정 5% 를 만족시키지 못하는 것으로 나타났다. 특히 정류기를 부하로 사용하는 곳에서 많이 발생하는 것으로 나타났으며 전기로를 부하로 사용하는 곳은 전압 THD 가 300% 가까이 나타나 대책 마련이 시급한 것으로 나타났다.
누전차단기의 오동작을 경험한 수용가 108호 중에서 오동작의 원인을 규명하였던 수용가는 그림 3과 같이 원인을 규명하였던 경우는 63%, 없음은 31%, 모름은 6%로 오동작을 경험한 대다수 수용가에서 누전차단기의 오동작 원인을 규명한 것으로 나타났다.
실시하지 않은 것으로 조사되었다. 또한 고조파와 노이즈에 대한 관심도 증가되어 대책을 요구하는 수용가도 있었으며, 고조파가 누전차단기에 미치는 영향의 분석 필요성에 대해서도 그림 7과 같이 75%의 수용가에서 분석의 필요성을 느끼고 있으며 모르겠다는 의견도 13%를 차지하고 있어 고조파를 비롯한 전원품질 관련 인식의 확산 필요성 또한 나타났다.
누전차단기의 오동작의 주요 원인 중 원인불명을 오동작의 주요 원인으로 응답한 수용가의 전기안전관리자 대부분이 원인규명에 어려움을 겪고 있음을 알 수 있으며, 누전차단기 오동작 원인 중 고조파로 응답한 수용가는 전력변환기기의 사용으로 발생한 정전용량으로 인하여 흐르는 누설전류를 고려하지 않고 고조파라 응답한 것으로 판단된다. 또한 누전차단기의 제품불량은 2002년 실시한 기술표준원 시험결과 KS 표시제품 가운데 20%이상이 불량으로 판명된 결과와 본 연구에서 조사된 제품불량 20.9%에서 알 수 있듯이 상당한 비율을 차지하고 있는 것을 알 수 있다.
전력변환장치를 이용한 기기의 사용증가에 따른 고조파 발생에 의해 누전차단기의 오동작 원인으로 고조파에 의한 누전차단기의 오동작 발생빈도에 대하여 조사한 내용을 보면 그림 5와 같이 응답 수용가 중 44% 는 연 1회 이하로 발생하고 있고, 43%는 연 2〜3회 정도, 나머지 13%는 연 5회 이상 발생하고 있는 것으로 나타나 고조파에 의한 누전차단기 오동작 발생 빈도가 높은 것으로 나타났다.
만족시키지 못하는 것으로 나타났다. 특히 정류기를 부하로 사용하는 곳에서 많이 발생하는 것으로 나타났으며 전기로를 부하로 사용하는 곳은 전압 THD 가 300% 가까이 나타나 대책 마련이 시급한 것으로 나타났다.

후속연구

6%정도 나타나 대책이 필요한것으로 나타났다. 그리고 용량성 부하를 많이 사용하는 공장은 부하를 분기회로의 최대 용량 보다는 적게 부하를 분배하여 고조파 전류의 과다 발생 억제와 상간 불평형을 없앨 필요가 있고, 정류기 및 전기로 등을 사용하는 곳에서는 고조파 및 플리커에 대한 대책으로 필터 등의 설치가 필요할 것이다. 또한 전기설비의 고조파 내성 및 신뢰성 향상과 같은 다각적인 검토가 필요할 것으로 판단된다.
그리고 용량성 부하를 많이 사용하는 공장은 부하를 분기회로의 최대 용량 보다는 적게 부하를 분배하여 고조파 전류의 과다 발생 억제와 상간 불평형을 없앨 필요가 있고, 정류기 및 전기로 등을 사용하는 곳에서는 고조파 및 플리커에 대한 대책으로 필터 등의 설치가 필요할 것이다. 또한 전기설비의 고조파 내성 및 신뢰성 향상과 같은 다각적인 검토가 필요할 것으로 판단된다.
하지만 컴퓨터, 전자식 안정기 등을 비롯한 단상 부하의 경우 분기회로의 용량보다는 적게 부하를 배치하고 각 상별부하의 균등한 분배를 하고, 전압 불평형에 민간함 전자장비 사용을 피하는 방법 등을 통해 전압 불평형에 의한 누전차단기 오동작과 같은 피해를 최대한으로 줄일 필요가 있다. 또한 전압 불평형이 낮을 지라도 전류 불평형이 심할 경우 누전차단기 오동작 및 변압기과열의 원인이 될 수 있으므로 전류 불평형을 줄이기 위한 노력도 필요할 것이다.

참고문헌 (11)

김태만, 권용준, 기도형, '전기적 노이즈에 의한 누전차단기의 오동작에 관한 실험적 연구', 산업안전학회지, 제17권 1호, pp. 45-53, 2002. 1
LG 산전, 누전차단기 기술자료
생산과 전기, '누전차단기 오동작과 그 방지에 대해', 2004. 4
김병진, 문학룡, 송양회, 임병국, 전희종, '전압제어형 능동전력필터를 이용한 비선형 부하의 고조파 저감 및 역률개선', 전력전자학회 논문지, 제5권, 제4호, pp. 403-408, 2000. 8

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김우용, 정영국, 임영철, '모터구동을 위한 DSP 기반 3상 전력품질분석 시스템', 전력전자학회 논문지, 제6권 제1호, pp. 27-33, 2001. 2

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정영국, 김우용, 조재연, 임영철, 'DSP기반 3상 전력품질 분석 시스템', 전력전자학회 논문지, 제6권 제4호, pp. 362-368, 2001. 8

원문보기 상세보기
이승칠, 장석훈, 이복희, '서지전압에 대한 50[A]용 누전차단기의 부동작 특성', 한국.조명 전기설비학회지, 제11권 5호, pp. 44-52, 1997. 10
이재복 외 4명, '누전차단기의 뇌써지 동작특성 분석 및 오동작 대책', Trans. KIEE. Vol. 51C, No. 10, pp. 479-484, 2002, Oct
Estrada, T. Briggs, S. J. Khosia, N. 'Test of circuit breakers under harmonic loading conditions', Final Report, Army Construction Engineering Research Lab. Champaign, IL(United Sates), 1995, Nov
www.ohmpower.co.kr/kor/data/data_low
J. Arrillaga, N. R. Watson and S. Chen, 'Power System Quality Assessment', WILEY, 2001

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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