전력 변환, 과전류 보호에 대해서 알아보자.

1. 전력 변환 및 제어

전력 변환 및 제어는 전기 시스템의 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 전력 변환 및 제어는 전기 에너지를 다양한 형태로 변환하고 전기 시스템을 제어하는 기술입니다.

 

 

1) 전력 변환

전력 변환은 AC 전압을 다른 전압으로 변환하거나 DC 전압으로 변환하는 과정입니다. 전력 변환은 주로 전력 전송과 변환, 산업용 기계, 전자 장치 및 가전 제품 등에서 사용됩니다.

가. AC 전압 변환

AC 전압 변환은 전압 변압기를 사용하여 수행됩니다. 전압 변압기는 기본적으로 두 개의 코일로 이루어져 있으며, 입력 코일에 AC 전압을 인가하면 출력 코일에서 다른 AC 전압을 생성합니다. 전압 변압기의 출력 전압은 입력 전압보다 높거나 낮을 수 있으며, 변압비에 따라 결정됩니다. 전압 변압기는 전압을 변환할 때 효율성이 높기 때문에 전력 전송에 주로 사용됩니다.

 

나. DC 전압 변환

DC 전압 변환은 전력 변환기를 사용하여 수행됩니다. 전력 변환기는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하고, 변환된 AC 전압을 다시 DC 전압으로 변환합니다. 전력 변환기는 전력 손실이 적고 효율성이 높아서, 산업용 기계 및 전자 제품에서 많이 사용됩니다.

 

 

2) 전력 제어

전력 제어는 전기 시스템의 전력을 효과적으로 제어하고 분배하는 기술입니다. 전력 제어는 주로 전력 품질 개선, 전력 절약, 에너지 효율성 개선 및 안전성 향상을 위해 사용됩니다.

가.  전력 품질 개선

전력 품질은 전기 시스템의 안정성과 신뢰성을 결정합니다. 전력 품질을 개선하기 위해서는 전압, 전류, 주파수 및 파형 등을 적절하게 제어해야 합니다. 전력 제어는 정확한 전압 조절, 전류 제한, 주파수 조절 및 파형 제어 등을 수행하여 전력 품질을 개선할 수 있습니다.

 

 

 

나. 전력 절약

전력 절약은 전기 시스템에서 전력을 효율적으로 사용하는 것을 의미합니다. 전력 절약을 위해서는 전력 소비를 줄이는 기술 및 방법을 적용해야 합니다. 전력 제어는 전력 사용량을 줄이는데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 인버터를 사용하여 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 모터를 제어하면, 모터의 속도와 출력을 조절할 수 있으며, 이로 인해 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

 

3) 에너지 효율성 개선

에너지 효율성은 전력 사용량 대비 실제로 사용되는 에너지의 비율을 나타내는 지표입니다. 전력 제어는 전기 시스템에서 에너지 효율성을 개선하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, PWM 제어기를 사용하여 전력 전송 손실을 줄일 수 있습니다.

 

 

4) 안전성 향상

전력 제어는 전기 시스템의 안전성을 향상시키는데 중요한 역할을 합니다. 전력 제어는 전기 시스템에서 발생할 수 있는 과전압, 과전류, 단락 등의 문제를 감지하고 이를 제어하여 시스템의 안전성을 높일 수 있습니다.

 

전력 변환 및 제어 기술은 전기 시스템에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이 기술을 효과적으로 사용함으로써 전력 품질 개선, 전력 절약, 에너지 효율성 개선, 안전성 향상 등 다양한 이점을 얻을 수 있습니다. 이러한 이유로, 전기기사 자격증 시험에서도 전력 변환 및 제어에 대한 지식과 이해가 필요합니다.

 

2. 과전류 보호

과전류 보호는 전기 기기 및 전기 시스템에서 발생할 수 있는 과전류를 방지하고, 안전한 운전을 유지하는데 중요한 역할을 합니다. 이 글에서는 과전류 보호에 대해 자세히 설명하겠습니다.

 

 

 

1) 과전류란?

과전류는 전기 회로에서 흐르는 전류가 기기 또는 회로 부품의 정격 전류를 초과하여 흐르는 현상을 말합니다. 과전류는 전기 기기나 회로 부품에 과부하를 발생시키거나 불량을 유발할 수 있으며, 이로 인해 화재나 사고가 발생할 수도 있습니다. 따라서 과전류를 방지하고, 안전한 운전을 위해 과전류 보호가 필요합니다.

 

2) 과전류 보호의 원리

과전류 보호의 기본 원리는 과전류가 발생했을 때 전원 회로를 끊어서 전류가 흐르지 못하도록 하는 것입니다. 이를 위해 과전류 보호기라는 전기기기를 사용합니다. 과전류 보호기는 전류 센서와 트립 유닛으로 이루어져 있으며, 전기 회로에 설치되어 전류를 감지하고, 과전류가 발생하면 전원 회로를 끊어서 기기나 회로 부품을 보호합니다.

 

 

 

가. 과전류 센서

과전류 센서는 전류를 감지하여 과전류가 발생하면 이를 전기 신호로 변환합니다. 과전류 센서는 크게 전류 변압기형과 쇼크 센서형으로 나뉩니다.

• 전류 변압기형: 전류 변압기를 사용하여 전기 회로를 통과하는 전류를 감지합니다. 전류 변압기형 과전류 센서는 전류 측정이 정확하며, 대형 기기나 발전소 등에서 많이 사용됩니다.
• 쇼크 센서형: 전기 회로에 직접 설치되어 전류가 흐르는 회로 부품의 진동이나 충격을 감지합니다. 쇼크 센서형 과전류 센서는 작은 기기나 휴대용 기기 등에서 많이 사용됩니다.

나. 트립 유닛

트립 유닛은 과전류 센서에서 감지된 전류 신호를 분석하여 과전류가 발생했다고 판단하면, 전원 회로를 끊어서 전류가 흐르지 못하도록 하는 역할을 합니다. 트립 유닛은 일반적으로 전기기기 내부에 설치되며, 과전류 보호기의 작동을 제어합니다. 트립 유닛은 다양한 방법으로 작동할 수 있습니다.

 

 

•  전압 트립은 과전류 발생 시 전원 회로의 전압을 감지하여, 정해진 기준 전압 이상일 경우 전원 회로를 끊습니다. 이 방법은 단순하고 안정적이지만, 과전류 발생 시 전원 회로의 전압이 떨어지는 경우에는 작동하지 않을 수 있습니다.
• 전류 트립은 과전류 발생 시 전류를 감지하여, 정해진 기준 전류 이상일 경우 전원 회로를 끊습니다. 이 방법은 전원 회로의 전압이 떨어져도 작동할 수 있으며, 고전압에서도 정확한 보호가 가능합니다. 그러나 전류 측정이 정확하지 않을 경우 보호 기능이 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.
• 시간 트립은 정상적인 전류 흐름에서 시간을 측정하여, 정해진 시간 이상일 경우 전원 회로를 끊습니다. 이 방법은 전류 측정에 대한 오차나 잡음 등의 영향을 받지 않으며, 고전압에서도 정확한 보호가 가능합니다. 그러나 과전류 발생 시간이 짧은 경우에는 보호 기능이 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.
• 조합 트립은 전압 트립, 전류 트립, 시간 트립 등 여러 가지 방법을 조합하여 사용하는 방법입니다. 이 방법은 각각의 방법의 단점을 보완하면서도, 보호 기능을 높일 수 있습니다.

3) 과전류 보호 계통의 구성

과전류 보호는 전기 시스템에서 발생하는 과전류를 방지하고, 안전한 운전을 유지하는데 필요한 기능입니다. 과전류 보호는 전기 시스템의 모든 부분에 적용될 수 있으며, 이를 위해 과전류 보호 계통이 구성됩니다.

 

 

가. 과전류 보호 계통의 구성 요소

과전류 보호 계통의 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 전압 변압기: 고전압 전기 회로에서 저전압 신호를 생성합니다.
• 전류 센서: 전류 센서는 전압 변환기를 통해 저전압 신호를 생성한 후, 전기 시스템에서 흐르는 전류를 감지합니다. 이 감지된 전류 값은 과전류 보호 장치로 전달됩니다.
• 과전류 보호 장치: 과전류 보호 장치는 전류 값의 크기와 지속 시간을 측정하고, 일정 기준치를 초과하는 경우 전원 회로를 끊습니다. 이 장치는 일반적으로 트립 유닛, 유도기 및 축전기 등을 포함합니다.
• 제어 유닛: 제어 유닛은 과전류 보호 장치의 동작을 제어하고 모니터링하는 역할을 합니다. 이 유닛은 일반적으로 마이크로프로세서 또는 PLC와 같은 전자 장치를 사용하여 구현됩니다.
• 통신 모듈: 통신 모듈은 과전류 보호 계통의 데이터를 수집하고, 이를 다른 장치 또는 시스템과 공유합니다. 이러한 모듈은 일반적으로 이더넷 또는 RS485와 같은 표준 통신 프로토콜을 사용합니다.

 

 

 

4) 과전류 보호 계통의 구성 예시

전압 변압기, 전류 센서, 과전류 보호 장치, 제어 유닛 및 통신 모듈을 사용하여 과전류 보호 계통을 구성할 수 있습니다. 이러한 요소들은 일반적으로 다음과 같은 방식으로 연결됩니다.

• 고전압 전기 회로 -> 전압 변압기 -> 전류 센서 -> 과전류 보호 장치 -> 제어 유닛 -> 통신 모듈 -> 외부 시스템

위 구성 예시에서 고전압 전기 회로는 전압 변압기를 통해 저전압 신호로 변환되고, 전류 센서를 통해 전류를 감지합니다. 이 감지된 전류 값은 과전류 보호 장치에서 처리되고, 제어 유닛에서 모니터링 및 제어됩니다. 마지막으로, 통신 모듈을 사용하여 외부 시스템과 데이터를 공유할 수 있습니다.

 

2023.03.01 - [전기] - 접지, 절연 측정에 대해서 알아보자.

접지, 절연 측정에 대해서 알아보자.

2023.03.01 - [전기] - 접지와 누전차단기에 대해서 알아보자.

접지와 누전차단기에 대해서 알아보자.

2023.03.01 - [전기] - 차단기 및 절연체에 대해서 알아보자.

차단기 및 절연체에 대해서 알아보자.