문제 인식 : 전력 품질 저하는 현장의 비용입니다.
전압 변동과 고조파는 단순히 측정 장비의 수치가 아니라, 귀사의 운영 비용 상승과 핵심 설비의 수명 단축에 직접적으로 영향을 미치는 위험 요소입니다. 보이지 않는 전력 손실을 눈앞의 금액으로 환산하십시오.
전력 품질 저하가 현장에 미치는 4가지 직접적 영향
| 손실 유형 | 영향 부문 | 현장에서 체감하는 결과 |
|---|---|---|
| 운영 비용 상승 | 전기 요금 | 불필요한 열 손실 증가로 인한 전기 요금 과다 청구 |
| 설비 수명 단축 | 변압기, 케이블 | 과열 및 과부하로 인한 수명 50% 이상 단축 및 잦은 고장 |
| 생산성 저하 | 민감 부하 (인버터, PLC) | 설비 오작동, 순간 정지, 생산 라인 불량률 증가 |
| 안전 문제 | 절연 장치 | 절연 파괴 가속화 및 심각한 경우 화재 위험 증가 |
전압 변동에 의한 손실 계산 (예시)
| 구분 | 손실 계산 공식 (기술적 상세) | 엔지니어링 해석 |
|---|---|---|
| 손실 전력(P) | P = V² / R(R: 부하 임피던스) | 손실 전력은 전압(V)의 제곱에 비례 |
| 손실 변화율(∆PLoss) | ∆PLoss = PLoss,Ext - PLoss,Norm | 측정 전압(VExt)과 공칭 전압(VNorm) 차이에 의한 실제 손실 증가분 |
원인 분석 1 : 전압 변동에 의한 기하급수적 손실
전력 품질 문제의 가장 직접적인 원인은 수전단 전압의 불안정성입니다.
핵심 원리 : 손실은 전압의 제곱에 비례합니다. (The V² Law)전력 손실은 단순히 전압에 비례하는 것이 아니라, 전압의 제곱(V²)에 비례 하여 급격하게 커집니다.
- 전압 상승 (Overvoltage): 공칭 전압 대비 전압이 높아지면, 연결된 부하(전열기, 조명 등)의 전력이 급증합니다.
[전압 변동률(%)에 따른 전력 손실 변화율(∆P) 그래프]
- 손실 충격
-
전압이 공칭 대비 10% 상승하면, 손실은 약 21% 증가합니다.
이로 인해 변압기, 케이블의 과도한 발열이 발생하여 설비의 수명을
급격히 단축시키고, 막대한 생산성 및 손실 비용을 초래합니다.
- 해결책 제시
-
msec 단위의 초고속 제어 STATCOM(SVG)를 통해
전압을 공칭 수준으로 정밀하게 안정화해야 합니다.
원인 분석 2: 고조파에 의한 보이지 않는 열 손실
고조파는 인버터, LED, UPS 등 전력전자 설비에서 발생하는 불필요한 고주파 성분입니다. 이 고조파 전류는 곧바로 열 손실로 전환됩니다.
핵심 원리: 고조파는 설비를 태우는 주범입니다.전력 손실은 단순히 전압에 비례하는 것이 아니라, 전압의 제곱(V²)에 비례 하여 급격하게 커집니다.
- I² R 손실 가속화: 고조파 전류(Ih)는 케이블, 변압기 등 모든 전력 경로에서 기본파 전류와 독립적으로 추가적인 저항 손실( I2 h R)을 발생시킵니다.
- 표피 효과 (Skin Effect): 고조파와 같은 고주파 전류는 도체 내부로 흐르지 못하고 표면에 집중되어(표피 효과), 전선이 활용할 수 있는 단면적을 줄여 유효 저항을 더욱 높입니다.
[전력 계통에서 고조파 성분이 전압 및 전류, 발열 및 손실을 유발]
고조파 손실 실측 사례
실제 현장 측정 결과, 계통의 전압 왜형률 THD-v가 15%인 경우, 고조파로 인한 전력 손실은 전체 부하의 무려 18%에 달하는 것으로 확인되었습니다. 이는 고조파 관리가 곧 직접적인 에너지 절감임을 입증합니다.
| 고조파 차수 (h) | 측정 전력 (Ph) |
|---|---|
| 1차 (기본파) | P1 = 17.83 kW |
| 5차 | P5 = 2.79 kW |
| 7차 | P7 = 0.31 kW |
| 11차 | P11 = 0.21 kW |
| 총 고조파 손실 합 | ∑Ph = 3.31kW (전체 18%) |
해결책 및 ROI 입증: 전력 품질 개선의 경제적 효과
전력 품질 개선은 단순한 유지보수가 아닌, 단기적인 에너지 절감과 장기적인 설비 수명 보장을 통한 확실한 투자(ROI)입니다
전력 손실 절감율 계산 모델고조파 필터(IPF, AHF 등) 적용을 통한 전압/전류 왜형률(THD) 개선이 곧바로 에너지 절감율(dP)로 환산됩니다.
dP(%) = (THDiBefore - THDiAfter) × (THDvBefore - THDvAfter) × k
THDBefore : 개선 전 왜형율
THDAfter : 개선 후 왜형율
k : 전압 왜형률 변화분에 따른 그래프 상수
[전압 왜형률 개선(∆THDv)에 따른 상수 k 값 산출 그래프]
실질적인 연간 절감액 (인버터 부하 예시)
| 구분 | 개선 전 수치 | 개선 후 수치 |
|---|---|---|
| 전류 왜형율 (THDi) | 45.0% | 5.0% |
| 전압 왜형율 (THDv) | 5.8% | 2.5% |
| 최종 결과 (780kW 부하 적용 시) | 연간 절감 금액 |
|---|---|
| 연간 전기 에너지 절감액 | 38,647,000 KRW |
| 석유 환산 톤 (TOE) 절감량 | 53.665 TOE/Year |
| 탄소 배출량 (tCO2/Y) 절감량 | 96.597 tCO2/Year |
전력 품질 개선은 연간 수천만 원의 확실한 에너지 절감을 보장하며, 환경적인 가치까지 창출합니다.
과도한 고조파에 의한 전력설비의 화재
귀사의 현장 데이터를 기반으로 정확한 전압 및 고조파 손실 예측 및 절감액을 산정해 드립니다.
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