불평등 전압이란???

▣ 불평형전압

 

1. 불평형전압의 발생요인

   (1) 부하전력의 불평형

   전원전압이 3상 평형인 경우도 부하전력이 불균형하다면, 수전전압에 불평형이 생기는 경우가 있다. 이것은, 수전단에서 부하에 도달하는 도중에는, 변압기 혹은 선로 등 임피던스가 있어, 선전류가 불평형이 되면 임피던스전압강하가 불평형이 되기 때문이다. 특히, 최근에는 고조파를 발생하는 기기가 많이 설치되어 있지만, 고조파에 대한 유도성 리액턴스는 상용주파수의 정수배로 커지고, 반대로 용량성 리액턴스는 상용주파수의 정수분의 1로 작아지기 때문에, 3상의 선전류에 흐르는 고조파전류의 크기가 각각 다른 경우라든지, 위상이 다른 경우에도 고조파에 의한 전원불평형이 생긴다.

   상용주파수를 대상으로 한 내선규정(115-1)에서도 불평형부하의 제한이 규정되어 있다. 그 내용은 다음과 같다.

   ① 저압수전의 단상3선식에 있어서으 ㅣ중성선과 각 전압측전선간의 부하는 평형으로 하는 것을 원칙으로 한다.

       주1) 부득이한 경우에는 설비불평형률 40%까지로 할 수 있다. 이 경우 설비불평형률이라 함은, 중성선과 각 전압측 전선간에 접속되는 부하설비용량(VA)차와 총부하설비욜량(VA)의 평균치와의 비(%)를 말한다. 즉, 다음 식으로 나타낸다.

 

설비불평형률 =	중성선과 각 전압측선간에 접속되는 부하설비용량의 차	× 100
	총 부하설비용량의 1/2

 

 

 

    위 그림에서 전동기의 수치가 다른 것은 출력 kW를 입력 kVA롤 환산하였기 때문이다.

 

설비불평형률 =	2.4  - 1.4	× 100	= 23%
	8.8 × 1/2

   이 경우에는 40%의 한도를 초과하지 아니한다.

   주2) 계약전력 5kW 정도 이하의 설비에서 소수의 전열기구류를 사용할 경우 등 완전한 평형을 얻을 수 없을 경우에는 설비불평형률 40%를 초과할 수 있다.

   ② 저압, 고압 및 특별고압수전의 3상3선식 또는 3상4선식에서 불평형부하의 한도는 단상접속부하로 계산하여 설비불평형률을 30%이하로 하는 것을 원칙으로 한다.

   다만, 다음 각호의 경우에는 이 제한에 따르지 아니할 수 있다.

       ⓐ 저압수전에서 전용변압기 등으로 수전하는 경우\

       ⓑ 고압 및 특별고압수전에서는 100kVA (kW) 이하의 단상부하인 경우

       ⓒ 특별고압 및 고압수전에서는 단상부하용량의 최대와 최소의 차가 100kVA (kW) 이하인 경우

    주) 이 경우의 설비불평형률이라 함은, 각 선간에 접속되는 단상부하 총설비용량(VA)의 최대와 최소의 차와 총부하설비용량(VA) 평균치의 비(%)를 말한다. 즉, 다음 식으로 나타낸다.

 

설비불평형률 =	각 선간에 접속되는 단상부하 총설비용량의 최대와 최소의 차	× 100
	총부하설비용량의 1/3

 

 

 

   전동기의 수치가 다른 것은 출력kW를 입력kVA로 환산하였기 때문이다.

 

설비불평형률 =	5.5  - 1	× 100	= 92%
	14.7 × 1/3

 

   이 경우에는 30%의 한도를 초과한다.

 

   (2) 상호인덕턴스의 차이

   건물내의 배전선간의 상호인덕턴스의 차이로부터 불평형전압이 되는 경우가 있다. 예컨데, 삼상전력간선에 평행직선모선을 사용한 경우, 각 상에 흐르는 전류가 평행해도 A-B-C상간의 기하학적 거리가 다르기 때문에 상호인덕턴스가 불평형이 되는 것 등이다.

 

   (3) 중선선에 흐르는 전류에 의한 영상전압의 발생

   대규모 건축물에는 최근 400[V]급 배전이 증가하여 3상 4선식의 간선을 부설하는 사례가 많다.

   원래 이러한 다선식 중성선에는, 전압측보다 작은 전류밖에 흐르지 않는다. 또한, 각 상의 전류가 평형한 경우에는 그 전류는 거의 0에 가까운 것이다. 그러나, 각 상의 전류가 완전히 평형함에도 불구하고 중성선에 전압측과 같거나 또는 더 큰 전류가 흐르는 경우가 있다.

   이것은, 선전류 속에 포함되는 제3, 9, 15, ...... 등의, 3의 배수의 고조파전류가 영상전류로 되어 중성선에 흐르기 때문이다.

   또, 배전용 변압기가 △접속인 경우, 부하가 평형하면 제3조파등의 영상전류는 부하 사이를 순환하고, 전원측에는 흐르지 않고 불평형전압도 발생하지 않지만, 부하가 불평형하면, 전원측에도 영상전류가 유출되어, 이것에 따라 전압파형도 비뚤어진 불평형전압이 된다.

 

   (4) 고조파전압에 의한 상전압파형과 선간전압파형의 차이

   고조파전압의 함유율이 낮은 경우에는 상전압파형과 선간전압파형의 차이는 거의 눈에 띄지 않지만, 함유율이 많아지면 파형이 비뚤어진 상전압과 선간전압의 파형이 다르게 된다. 특히, 최근 문제시되고 있는 제5조파전압의 함유율이 많아지면, 파고값이 π/2보다 좌우로 어긋나 그 차이가 눈에 띄게 된다.

 

2. 불형형전압에 의한 각종장애

 

   (1) 전동기

   불형형의 3상전압은 아래 그림과 같이 영상분전압, 정상분전압, 역상분전압의 세가지가 합성된 것으로 생각된다.

 

 

 

   따라서, 3상 평형전압을 4상 유도전동기에 가하는 것은, 이들 3종류의 전압을 동시에 가한 것과 같은 것이다.

   3상 유도전동기로서는 권선의 구조상, 영상분의 전류는 흐르지 않기 때문에, 정상분과 역상분에 관해서 생각하면 되고, 3상 유도전동기의 고정자단자로부터 본 역상분에 대한 입력어드미턴스는, 정상분에 대한 입력어드미턴스보다 미치는 영향도 훨씬 크기 때문에 전압의 불평형이 얼마 안되더라도, 상당한 역상분 전류가 흐른다. 특히, 전압파형에 제5조파 전압 등 고조파성분을 포함할 때는, 전동기에 역토크를 발생시킨다.

   또, 불평형 전류가 흐르는 것에 의해, 고정자/회전자의 국부가열에 의한 열화소손이 생기거나, 맥동크크를 위한 공진에 의해 기계적 파손이 생길 수도 있다.

  (2) 보호릴레이

   전압불평형에 의한 진동의 증가 기본파전압이 불평형이 된다. 또는, 제5조파 전압을 포함하면, 결선은 정상이더라도 역상검출릴레이를 작동시켜, 차단기를 Trip시키는 경우가 있다.

   [전압불평형에 대한 규격상의 규정]

   - NEMA 규격 : MG 1-14, 34,에 기술

   ⓐ 전동기단자에서의 전압불평형은 1[%]이하를 권장

   

ⓑ 전압불평형률[%] =	최대전압 - 평균전압
	평균전압

   ⓒ 온도상승률은 거의 전압불형형률의 2제곱에 2배

  

    - IEC규격 : IEC 34-1에 기술

   ⓐ 역상분 또는 영상분이 정상분의 2[%]를 넘지 않으면, 전원을 평형으로 간주한다.