공사 전선 허용전압 강하 계산

[예성ENG]

허용전압강하

가. 전압강하의 정의

전류가 배전선로를 통과 중에 임피던스에 의하여 전압이 감소되는 현상으로 전압강하가 심할 경우에는 전압강하 보상책으로 전압을 조정해야 한다.
선로의 전압변동에는 정상전압변동과 순시전압변동으로 구분되고 부하불평형에 의한 전압불평형이 있다. 

1. 정상전압변동

• 수전전압의 강하, 배전선로에 의한 변동.
• 전압변동율(%) = (무부하전압 - 전부하전압)·100 / 전부하전압 

2. 순시전압변동

순간정전 또는 전기차, 유도전동기기동 등의 운전시 순간적으로 발생하는 전압강하와 지락, 단락 등으로 인해 발생되는 전압강하를 의미하며 일반적으로 정상전압의 30% 이하의 순시전압강하가 3 Cycle(0.07초) 이상 발생되면 영향을 미친다,

3. 전압불평형

• 3상전원에 단상부하의 불평형 접속으로 인해 발생되는 상간의 전압불평형.
• 1선 지락에 의한 상간전압의 불평형

나. 전압강하의 영향

전압강하에 따라 전력손실, 백열등, 형광등의 광속감소 및 깜박임, 유도전동기의 토크감소, 전열기의 발열량 감소등이 발생하여 생산성저하, 효율저하, 기기수명의 단축 등을 초래 한다.

구분		영   향
조 명	백열전구	5%상승시 : 50% 수명저하, 10% 상승시 : 70% 수명저하  전압상승시 광속 증가
	형광등	광속과 수명은 점등중인 관전류에 의해 좌우된다. 전압 10% 상승 : 32% 수명단축
	방전등	광속과 수명은 점등중인 관전류에 의해 좌우됨.(수명은 관전류에 반비례한다) 재점등에 시간이 소요된다. (비상등 설치필요)
	플리커	전압변동 영향중 가장 중요한 문제.
영상기기		화면크기 및 휘도의 변화
회전기기		회전속도의 변동으로 기동시간이 길어진다. 과열의 원인.
전자응용장치		시스템의 오작동 또는 시스템 다운.
전해부하		전해조 내의 화학변화 발생
사이리스터 부하		전압 이상저하시 실호(失弧)현상을 발생시켜 소자파괴의 가능성이 있다.
히터부하		전압변동의 제곱에 비례하여 열출력 변화. 수명단축.
콘덴서		무효전력의 출력은 전압변동의 제곱에 비례하여 변화.(Pc = 2πfCV²)
전자식 제어장치		수명저하(상승시 기계적 쇼크가 커진다) 전압 10% 상승시 수명 50% 저하.

다. 전압강하율  

1. 전기사업자측에 의한 허용 전압 강하율

공급변전소 인출점~특고압,고압간선(10%) + 주상변압기(2%) + 저압간선(6%) + 인입선(2%)

2. 기술기준에 의한 허용 전압 강하율 (전기사업법 18조) 전기사업법시행규칙 18조 및 별표3

전기사용장소내
- 저압수전시 : 2%,
- 고압수전시 : 3%(변압기 공급간선) 간선 및 분기회로(2%)
 
• 대관에 의한 자체에 전압강하율
  
   
• 수용가에 의한 전압강하율
  
   
• 전선의 길이 60m초과시에는 부하전류로 계산.
  - 60m 이하 : 3% 이하(간선의 경우 2% 이하)
  - 60m 초과 120m 이하 : 5% 이하(간선의 경우 3% 이하)
  - 120m 초과 200m 이하 : 6% 이하(간선의 경우 4% 이하)
  - 200m 초과 : 7% 이하(간선의 경우 5% 이하)

라. 전압강하 계산법 

1. 임피던스 법 : 간단한 회로에 적용 



• K : 배전방식에 따른 계수
  - 1φ2 w인 경우              : 2
  - 1φ3 w, 3φ4w 인 경우   : 1
  - 3φ3 w인 경우              : √3  

2. 등가 저항법 : 간단한 회로에 적용 



• Re : 등가저항( r cosθ + X sinθ)으로 전선의 굵기, 배치, 부하의 역률에 따라 결정된다.

• ℓ : 전선의 길이 m
  

3. %임피던스법 : 변압기를 포함한 복잡한 회로에 적용 



• Is : 기준전류
• Ir, Ix : 부하전류의 유효분 및 무효분 

4. 암페어미터법

전압강하의 대략 값을 알기 위해 도표를 이용하는 방법으로 1V의 전압강하에 대한 전류와 배선길이의 곱을 말한다.
 



• r, x : 배선의 단위길이당 저항,리액턴스(Ω/m)

마. 허용 전압 강하치를 결정하는 요인 

변압기 용량 및 임피던스 전압
• 배전전압
• 전선의 굵기
• 부하의 무효전력

마-1. 전압강하 보상대책

전압변동은 주로 무효전력의 변동에서 기인한 것으로,
전압변동 (△V) = 전원의 유도성 리액턴스(Xs)·무효전력의 변동분(△Q)이다.


1. 전압조정


부하시 탭 변환 변압기 채용, 자동 전압조정기 설치, 부스터, 직병렬 콘덴서, 동기조상기, 병렬 리액터를 설치하여 전압강하를 보상한다.

2. 무효전력의 변동 억제


변동 무효전력의 보상(동기조상기, 병렬콘덴서, 분로리액터 사용) 

3. 전원의 리액턴스 경감

• 직렬콘덴서의 설치
  전압개선이 필요한 모선에서 전원측으로 직렬콘덴서 설치.
  이때의 전압변동  (△V) = {전원의 유도성 리액턴스(Xs) - 직렬콘덴서 용량성 리액턴스(Xc)}·무효전력의 변동분(△Q)가 되어 전압변동이 개선된다.
   
• 3권선 보상변압기의 설치

  3권선 변압기의 누설 임피던스를 등가회로에 의해 각 권선에 분배하는 방법

  		X1=(X12+X31- X23)·1/2 X2=(X23+X12- X13)·1/2 X3=(X31+X23- X12)·1/2
  코일 배치도	등가회로

  4. 변동부하와 일반부하의 분리

바. 순시전압강하

선로사고 발생시 보호계전기로 사고전류를 검출하여 차단기를 고속도로 개방, 절단하지만 그 때까지의 시간(0.07~2초)동안 사고설비를 중심으로 한 광범위하고 대폭적인 전압저하 현상을 순시전압강하라고 한다.



• 저전압(under voltage)
• 극저전압(sag voltage)
• 고전압(over voltage)
• 극고전압(surge voltage)
• 순간정전(voltage dropout)
• 정전(voltage inturuption)
• 충격전압(impulse voltage)
• 고조파(harmonic distortion)

1. 순시전압강하의 원인

1-1. 전기사업자측에 의한 원인

• 차단기의 동작책무로 인한 재폐로 동작.
• 배전설비기기의 재폐로 동작.

1-2. 수용가 자체설비에 의한 원인

• 사고정전 : 낙뢰, 지락, 단락 등
• 전압강하 : 부하과중(기동 등), 선로 굵기 미흡, 장거리배전선, 고압전동기의 Plugging(역상제동).
• 전압불평형 : 각 상 부하의 불평형 등
• 플리커 : 단상쿨러, 용접기, 유도전동기 등의 사용으로 선로에 파급되는 플리커로 인한 전압강하 및 쇼크
• 고조파 : 고조파 성분의 침입으로 인한 전압강하 및 발열등에 의한 전압강하로 보통 정상전압의 30% 이하이다.
• 변압기나 선로용량을 초과하여 사용시
• 사이리스터 장비사용 증가시

2. 순시전압강하의 영향

구분	영향
공통	컴퓨터설비 : 시스템정지 및 데이터의 파괴 가변속 전동기설비 : 제어능력의 상실 고압방전램프 : 재 점등에 시간소요 전자접촉기, 계전기 : 회로개폐 및 계전기의 동작 약전설비 : 교환기등 정보통신설비의 동작정지 성능저하
공장	불량품의 양산. 재가동에 장시간(1~12시간) 소요.
일반 사무실	외부기억장치 및 프린터정지. 조명기구의 깜박임.
대형 컴퓨터 센터	은행,국가기관 등의 온라인 정지로 사회적 혼란초래

 ★ 정전
1/2 Cycle에서 장시간 동안 전원이 차단 되는 것으로서 계통전환, 기계스위치의 절체시 주로 발생.

★ 저전압, 과전압
수십 Cycle 이상 동안 지속하여 전압이 낮게 또는 높게 나타나는 현상

★ Impulse
통상 1μsec-2msec의 폭으로 수백에서 수천볼트의 Spike성으로 나타나는 전압으로 부하기기에 치명적인 손상을 준다.

★ Surge/Sag
전압이 순간적으로 상승하거나 하강하는 현상으로 수msec에서 수 Cycle 동안 지속.(반파에서 극대 및 극소가 되는 것을 말한다.)

3. 순시전압강하의 범위

• 일반적으로 정상전압의 30% 이하의 순시전압강하가 3cycle(0.07초) 이상 발생하면 영향을 미친다.
• 유도전동기 기동시 전압강하의 허용한도는 일반적인 발전기의 경우 20%, 전력계통의 경우 15%로 하면 타당하다.

4. 부하별 허용 순시 전압강하의 범위

부하의 종류	전압 강하율 및 지속시간
전자개폐기	40~50%, 0.03~0.05초
가변속전동기	20%,       0.01~0.03초
방전램프	20%,       0.05 ~ 0.1초
컴퓨터	10~20%,  0.003~0.2초

5. 순시전압강하 방지대책 (안정화 전원장치)

안정화 전원장치란 부하가 변화해도 전압의 변동이 없도록 되어있는 전원 

대책		효          과
절연변압기		전원에서 발생되는 common mode noise 경감. 과도현상 경감.
전압조정기		전압을 일정하게 유지하는 장치로서 유도 전압 조정기(IVR)와 정지형 자동전압조정기(AVR)가 있다. 저전압,고전압 및 약간의 sag, surge 방지. 유도 전압조정기 - 가격이 저렴하고 대용량(1,000KVA) 제작 가능. - 응답속도가 늦다.(30~60초) - 기계적 기구가 많고 수명이 짧으며 보수를 필요로 한다. 자동 전압조정기 - 응답속도가 빠르다(0.1~0.5sec) - 마모부품이 없어 수명이 길고 보수가 불필요. - 가격이 비싸다.  조건 -고조파 발생율이 0.3% 이하일 것 - 반응속도가 0.05sec 이내일 것. - Spike, Surge성 노이즈에 대한 대책을 가질 것. - 효율이 90% 이상일 것 - 외관이 좋고 사용기기와 조화될 것.
라인 콘디셔너		절연트랜스와 전압조정기를 일체화한 것.
UPS (CVCF)	회 전 형	기계력을 이용하여 전압과 주파수를 일정하게 유지하는 장치. 입력전원의 순간정전(수 사이클의 정전상태)에 강하다. 과부하 내량이 크다. 효율이 낮고, 응답속도가 늦고, 진동,소음이 크며, 보수를 필요로 한다.
	정 지 형	사이리스터를 이용하여 전압과 주파수를 일정하게 유지하는 장치. 모든 전원교란을 해소할 수 있다.(장시간정전 제외) 효율이 높고, 응답속도가 빠르고, 소음진동이 적으며, 보수가 간편하다. 과부하 내량이 적고, 보수시 고급기술을 요한다.

 ◎ UPS는 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency) 장치에 축전지를 결합한 장치로 정전시에도 일정시간 전력을 공급할 수 있는 기능을 갖춘 장치를 말한다.

사. 교류회로의 전압강하 제 요인

• 부하역율, 회로의 유도리액턴스 : 전압강하에 영향을 미친다.
• 표피효과, 근접효과, 전선부근에 존재하는 동의 영향(금속관 수납시)

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내선규정에서 정하는 전압강하

배전선로 중의 전압강하는 간선 및 분기회로에서 각각 표준전압의 2% 이하로 하는 것을 원칙으로 한다. 다만, 전기사용장소 안에 시설한 변압기에 의하여 공급되는 경우 간선의 전압강하는 3% 이하로 할 수 있다
• 주 1. 인입선 접속점에서 인입구까지의 부분도 간선에 포함하여 계산할 것.
• 사용장소 안에 시설한 변압기에서 공급하는 경우에는 그 변압기의 2차측 단자에서 주 배전반까지의 부분도 간선에 포함한다.
• 사용장소 중 허용 전압강하가 적은 것을 필요로 하는 장소에는 부하의 요구조건에 따라야 한다.
• 배전방식, 부하전류 및 전선의 굵기에 의한 전압강하의 값에 대한 표
  (단상2선식 전압강하 1V인 경우 / 3상3선식 전압강하 2V인 경우)

2. 공급변압기의 2차측 단자 (전기사업자로부터 전기의 공급을 받고 있는 경우에는 인입선 접속점)에서 가장 먼 거리의 부하에 이르는 전선의 길이가 60m를 초과하는 경우의 전압강하는 전항에 관계없이 부하전류로 계산하며, 다음 표에 따를 수 있다.
   [표] 전선길이 60m를 초과하는 경우의 전압강하

   공급변압기의 2차측 단자 또는 인입선 접속점에서 가장 먼 거리의 부하에 이르는 사이의 전선 길이(m)	전압강하(%)
   	사용장소 안에서 시설한 공급변압기에서 공급하는 경우	전기사업자로부터 저압으로 전기를 공급받는 경우
   120 이하 200 이하 200 초과	5 이하 6 이하 7 이하	4이하 5이하 6이하

간이계산식(저항만을 고려한 계산식)

- 단상 2선식 : 전선단면적(mm2)= 35.6ℓl/1000e

- 단상 3선식(3상4선식) : 전선단면적(mm2)= 17.8ℓl/1000e

- 3상 3선식 : 전선단면적(mm2)= 30.8ℓl/1000e

단 e,e'는 허용 선간전압강하 및 상전압강하

예) 단상 220v , 전선 5.5sq 사용 ,거리 95m , 정격전류 2400w 일때

5.5sq = 35.6 * 95(m) * 11(A) / 1000 * e

5.5sq = 37202 / 1000 * e

e = 37202/1000 * 5.5

e = 6.76(v)

선간전압강하는 약 7(v)

내선규정에 명기되어 있는데로 전압강하율을 7(%)대를 유지하라 권장하고 있습니다.

허용강하율은 : 5% 이내입니다.

위의 공사 전압강하율은 3.3% 입니다.

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간이계산식(저항만을 고려한 계산식)

- 단상 2선식 : 전선단면적(mm2)= 35.6ℓl/1000e

- 단상 3선식(3상4선식) : 전선단면적(mm2)= 17.8ℓl/1000e

- 3상 3선식 : 전선단면적(mm2)= 30.8ℓl/1000e

단 e,e'는 허용 선간전압강하 및 상전압강하

예) 단상 220v , 전선 5.5sq 사용 ,거리 95m , 정격전류 2400w 일때

5.5sq = 35.6 * 95(m) * 11(A) / 1000 * e

5.5sq = 37202 / 1000 * e

e = 37202/1000 * 5.5

e = 6.76(v)

선간전압강하는 약 7(v)

내선규정에 명기되어 있는데로 전압강하율을 7(%)대를 유지하라 권장하고 있습니다.

위의 공사 전압강하율은 3.3% 입니다.

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- 단상 3선식(3상4선식) : 전선단면적(mm2)= 17.8ℓl/1000e

예2) 3상 380V , 전선 150sq , 거리 120m , 정격전류 150kva(227A)

150sq = 17.8 * 120(m) * 227(A) / 1000 * e

150sq = 484,872 / 1000 * e 

e = 484,872 / (1000 * 150)

e = 3.23v

전압강하율 : 0.87% 입니다.

선간전압강하 : 약 3.3v

 허용전압강하율은 : 120M 이내 5% 이내 입니다.

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예3) 3상 380V , 전선 185sq , 거리 120m , 정격전류 150kva(227A)

185sq = 17.8 * 120(m) * 227(A) / 1000 * e

185sq = 484,872 / 1000 * e 

e = 484,872 / (1000 * 185)

e = 2.62V

전압강하율 : 0.69% 입니다.

선간전압강하 : 약 2.62V

 허용전압강하율은 : 120M 이내 5% 이내 입니다.

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차단기 : 150,000 / 380 / 1.732 = 227A

(3상 250A , 300A 사용)

(주)예성엔지니어링

02-838-2132

장갑상 차장

- UPS,AVR,정류기,충전기,항온항습기,전기공사 외-