배전계통 고조파 왜형률을 잡아라

[온니걸]

배전계통 고조파 왜형률을 잡아라

한전, 관리기준안 잠정 확정…시범 적용
내년 8월, 공급약관 시행세칙 등에 반영

2009년 10월 26일 (월) 09:17:11

강원영 기자 ssuing@kept.co.kr

배전계통의 공급신뢰도를 제고하고 고품질의 전력서비스를 제공하기 위해 내년 8월부터는 배전계통의 고조파에 대한 관리가 본격적으로 추진될 전망이다.

이는 최근 반도체 응용기기 등 비선형 부하의 급증과 전기품질에 민감한 기기보급 확대에 따라 고조파로 인한 정전이 증가하는 반면 고조파로 인한 고장은 원인규명이 어려워 체계적인 정전통계 관리가 어려워진데 따른 것이다.

이를 위해 한전은 지난 7월 고조파 전류나 전압으로 인한 피해를 막기 위해 배전계통으로 유입되는 고조파 전류를 제한하는 것을 주요 골자로 하는 ‘배전계통 고조파 관리기준’을 잠정 확정하고 1년간 시범적용 한다고 밝힌 바 있다.

□ 고조파 피해 급증…제한 필요
IT 기술 발달에 따른 고객의 전기품질 고급화 요구에 부응하고 전력전자소자 반도체 이용기기 등 비선형부하의 급증에 따라 고조파로 인한 피해가 극심해지고 있다. 고조파 전류가 계통에 흐르면 계통의 전압 파형이 왜곡될 수 있고, 이는 선로 정전 등을 유발한다.
즉 고조파 관리의 목적은 실계통에서 고객기기 및 전력설비가 고조파 전압으로 인해 장해를 초래하지 않는 적절한 레벨(계획레벨) 이하로 제한하기 위한 것이다.

□ 한전, 배전계통 관리기준 수립
한전은 기준적용의 실효성 및 정당성 확보를 위해 국제표준인 IEC 규격을 바탕으로 하되 국내 환경에 맞도록 배전계통 고조파 관리기준을 수립했다.
이에 따르면 일정용량 이상 신·증설 고객에 대해 배전계통의 고조파 전압 허용 목표수준에 의한 고객측 고조파 전류 제한값을 할당하고 있다. 아울러 대상 고객으로부터 고조파 발생기기 집계표를 제출받아 기기별 고조파 전류 방출값을 산출해 고객측 대책수립 필요여부를 검토하도록 안내하고 있다.

IEC 기준에서는 계약전력이 계통 단락용량의 0.2%를 초과할 경우 고조파 검토대상으로 분류하고 있으나, 한전은 시범적용 기간 중에는 우선 전기사업법 73조에 의한 전기안전관리자 선임대상인 1000kW 이상 신·증설 고객을 검토대상으로 하고 있다. 아울러 내년 8월부터 본격 적용될 경우 신규업무처리지침상 사업소 공급방안 심의대상인 500kW 이상 신·증설 고객 등으로 적용대상을 확대해 나가는 방안을 검토하고 있다.

배전계통의 고조파 전압 허용치는 IEC 기준의 계획레벨 개념을 준용하되 전력연구원의 연구결과를 반영하고 향후 고조파 상승분, 송전계통의 전달특성 등을 고려해 종합 고조파 왜형률(THD) 5% 이하로 결정키로 했다.

또한 배전계통의 고조파 전압을 허용 목표수준 이하로 유지하기 위해서는 고객으로부터 계통에 유입되는 고조파 전류 발생량을 제한해야 한다. 이에 한전은 IEC 기준에 의거 송·배전계통의 계획레벨 및 고객설비의 계약전력, 검토지점 등을 고려해 고객측 고조파 전류 제한값을 할당키로 했다.

고객설비 고조파 전류 방출값 산정 및 고조파 저감대책 필요여부에 대해서는 신규공급 이전에 고객설비에서 방출되는 고조파 전류를 산출해 해당 고객에게 할당된 고조파 전류 제한값 만족여부를 검토해야 한다. 또한 고객으로부터 고조파 발생기기 현황을 제출받아 기기별 고조파 전류 발생률, 가동률, 계약전력 등을 고려해 고조파 전류 방출값을 산정한다. 이후 산출된 차수별 고조파 전류 방출값과 할당된 차수별 제한값을 비교해 필터 설치 등 고객측 고조파 저감대책 수립 필요여부를 판정하는 것이다.

□ 시범적용…내년 8월 본격 시행
한전은 잠정 확정한 배전계통 고조파 관리기준 및 검토 프로그램의 적정성을 검증하는 동시에 약관 시행세칙 및 신규업무처리지침 개정에 앞서 개선사항을 도출하기 위해 내년 6월까지 시범사업을 실시할 계획이다.
대상고객은 고조파 관리에 대한 고객의 이해를 높이고 협조를 원활히 하기 위해 전기안전관리자 선임대상인 1000kW 이상의 신·증설 고객을 대상으로 우선 시행키로 했다.
시범사업이 마무리되는 내년 7월에는 기준 및 업무절차, 검토 프로그램에 대한 개선사항을 도출·보완해 공급약관 시행세칙, 신규업무처리지침 등에 반영할 방침이다. 
 

한전 배전계획처 배전계획팀 장준수 차장
“배전계통 공급 신뢰도 높인다”

“배전계통의 고조파 관리기준에 대한 시범적용과 관련해 도입배경을 물어오는 이들이 많은데 고조파 관리는 새롭게 만들어진 기준이 아닙니다,”

한전 배전계획처 배전계획팀 장준수 차장은 배전계통 고조파 관리기준과 관련해 세간의 관심이 집중되고 있다며, 법과 규정을 실시하기 위해 진작에 마련됐어야 할 기준을 이제야 마련하게 된 것이라고 설명했다.

“전기사업법의 전력계통 신뢰도 및 유지기준에 따르면 전기사업자가 전력계통의 안정적인 유지를 위해 고조파 허용치를 합리적으로 설정·운영할 수 있다고 규정돼 있습니다. 하지만 관리 기준이 마련돼 있지 않아 실제 적용이 불가능했었습니다. 이에 관리기준을 마련하고 시범사업에 들어가게 됐습니다.”

장 차장은 최근 반도체 응용기기 등 비선형 부하의 급증과 전기품질에 민감한 기기보급 확대로 인해 고조파 왜곡이 급증하고 있다고 설명했다. 아울러 고조파 왜곡으로 인한 정전의 경우 원인규명이 어려워 체계적인 정전통계 관리에도 어려움을 겪고 있다고 덧붙였다.

“고조파 왜곡으로 인한 정전은 원인규명이 어렵기 때문에 향후에도 유사한 사유로 정전이 발생한다할지라도 예상이나 대책이 어렵습니다. 이에 고조파 왜곡을 일정 수준 이하로 관리하는 것이 바람직합니다.”

장 차장의 말에 따르면 지난 2004년 국내 34개소 지역을 측정한 결과 일부개소에서 국내 기준값이 2% 및 국제 기준값이 5%를 초과하는 경우도 발견됐다고 한다. 이에 한전은 배전계통 고조파 관리기준을 잠정 확정하고 배전계통의 고조파를 관리할 수 있는 프로그램을 전 사업소에 배포해 시범적용하게 된 것이라고 장 차장은 밝혔다.

또한 장 차장은 배전계통의 고조파 관리가 본격화되면 그동안 주로 원인불명으로 치부돼 왔던 고조파 왜곡으로 인한 정전률을 획기적으로 감소시킬 수 있을 것이라고 확신했다.

“고조파에 대한 관리기준 사업이 정착되면 사후관리 기준을 마련하고 이 또한 전기공급약관에 반영할 계획입니다. 이와 같은 사업이 마무리 될 쯤에는 배전계통의 공급신뢰도 제고는 물론 고품질의 전력서비스를 제공할 수 있을 것을 기대합니다.”

최근 한전이 마련한 고조파 관리기준에 따르면, ‘IEC 61000-4-30 Class A급’ 정밀도를 측정할 수 있는 휴대용 전력품질 미터를 구매해 활용토록 규정하고 있다. 그런데 국내외에서 다양한 측정 장비들이 나와 있지만, 이러한 조건을 만족할 만한 측정 장비는 많지 않다. 이에 대표적으로 Class A급 측정이 가능한 슈나이더와 PSL사의 제품을 소개한다.

= PQube =
경제적이면서도 고품질 자랑
美 PSL社, 재신정보 통해 국내 시장 공급

전기품질 분야의 세계적인 전문기업인 미국 PSL(Powerstandards Lab)사는 초저가·고성능·초경량 전기품 질 미터기인 ‘PQube’<사진>를 국내 (주)재신정보(대표 한정규)를 통해 국내 시장에 공급하고 있다.
이 제품은 고성능 제품이지만 1000만원대의 타사 제품에 비해 가격이 40% 수준으로 저렴한 것이 가장 큰 특징이다.

PQube는 ‘IEC61000-4-30 Class A급’ 기준에 따라서 순간전압강하, 순간과전압, 순간정전, 정전, 임펄스전압, 주파수 변동(초과 및 부족, 미달 주파수 이벤트 관리), 불평형율 등 나쁜 전기품질 파형만을 측정해 CSV, GIF 등 엑셀, 디지털 카메라 파일형태로 1GB SD 메모리카드에 1년간 저장할 수 있다. 현재 2GB SD 메모리 카드 저장 기능이 있다. 1 싸이클당 256 샘플링 조정이 가능하고, 최대 1024회 샘플링이 가능하다.
또 유·무선 통신과 연결할 경우 전기품질 데이터를 원격감시하고, 자체 내장 배터리 전원을 이용해 정전 시에도 이메일로 고장정보를 전기담당자에게 즉시 송신하는 특징을 갖추고 있다. 발전원별 CO₂사용량, 탄소 배출량 적산값도 표시된다. 

주요 감시항목은 전압, 주파수 순간 변동 이벤트 감시저장, DC48V 통신용 전압 동시감시, 반도체 장비의 전기품질 감시와 순간전압강하 발생시 장비다운 방지 제어를 위한 SEMI F47, 파워백신용 릴레이 접점 제공 등 다양한 기능을 갖추고 있다. 또한 온·습도 측정, GPS를 이용한 시각동기 맞추기 등의 부가 기능도 갖추고 있다.

현재 PQube는 1일, 1주, 1달간의 저장 데이터에 대한 추이, 통계그래프 제공 등 별다른 소프트웨어 없이 비전문가도 즉시 현장에서 활용할 수 있도록 오픈 파일포맷을 채택한 것 또한 큰 특징이다. 모든 메뉴는 영어, 한글 등 25개국 언어가 지원된다.

= ION7650 =
최고 수준의 측정 기준 만족
슈나이더, 최첨단 전력품질 분석기능 제공

에너지관리 분야의 글로벌 전문기업인 슈나이더는 ‘ION7650’을 보유하고 있다. 이 제품은 국제적으로 요구하는 측정기준을 대부분 충족시킬 수 있는 최첨단의 전력품질 분석 기능을 제공한다는 것이 가장 큰 특징이다.

‘ION7650’은 IEC 61000-4-30 Class A는 물론 유럽에서 적용되는 EN50160, IEEE 519/1159, IEC 61000-4-7/4-15 규정에 따른 전력 품질 준수 여부 모니터링이 가능한 제품이다.

순간전압강하, 순간과전압, 정전, 전압불균형, 고조파, 플리커 등 전기품질에 영향을 주는 전압 및 파형을 오차 없이 측정해 낸다. 모든 전압 전류 채널을 동시에 포착 가능하다는 것이 회사 측의 설명이다.

싸이클 당 최대 1024회 샘플링이 가능하며, 패널 장착형이며 상시 설치 타입니다. 사용자 지정이 가능한 대형 LCD 디스플레이(디스플레이 없이 구입 가능)가 구비돼 있으며, 영어, 불어, 스페인어, 러시아어 등 다중 언어 지원이 가능하다.

클래스 0.2의 정확도(IEC, ANSI)를 자랑하며, 99.9999999%에 해당하는 정밀도로 신뢰성을 측정할 수 있다. 여기에 ION 모듈에 의해 제공되므로, 계측을 포함한 다양한 기능을 단지 몇 번의 마우스 클릭으로 신속, 편리하게 기능을 추가하거나 재조정이 가능하다.

1024개 샘플·주기 파형 캡처, 과도 전압 캡처(20μs for 50 Hz), 순간저전압/순간과전압 모니터링, 고조파 측정(63회까지) 등이 지원된다. 계량기의 업스트림과 다운스트림 중 어디에서 장애가 발생하는지 표시하기 위한 장애 방향 감지 기능도 있다.

특히 입력 전압, 전류의 위상 및 크기를 포함해 동기, 앞섬(leading), 지연(lagging)을 감지해 피해를 입히기 전에 기기에 유해한 전압 및 전류 불평형을 규명하는 기능도 포함돼 있다. ‘ION7650’ 미터기와 소프트웨어를 구매해야 하며, 가격은 1000만원에서 1500만원 사이다.