불평형 전류의 주요 원인 5가지와 해결책

불평형 전류의 주요 원인 5가지와 해결책

 

 

 

 

 

1. 불평형 전류의 개념 및 정의

(1) 불평형 전류란?

  - 불평형 전류란 3상 교류 시스템에서 각 상에 흐르는 전류의 크기가 서로 다른 경우를 의미함
  - 이상적인 3상 시스템에서는 R, S, T 상에 동일한 크기의 전류가 흐르며, 이론적으로 불평형 전류가 발생하지 않아야 함
  - 그러나 부하 불균형, 전력 설비 결함, 배전망 설계 미흡 등의 이유로 불평형 전류가 발생할 수 있으며,

    이는 전력 품질 저하 및 설비 고장의 원인이 됨

(2) 전류 불평형과 전압 불평형의 관계

전류 불평형은 전압 불평형으로 이어질 수 있으며, 반대로 전압 불평형도 전류 불평형을 초래할 수 있음

불평형 전류가 발생하면 특정 상에 과부하가 걸리면서 전압 강하가 증가하게 되고, 이는 전압 불평형으로 이어짐

전압 불평형이 증가하면 전동기나 변압기 등의 전력 설비가 비효율적으로 동작하며, 심할 경우 장비의 조기 고장을 유발함

 

 

 

 

 

2. 불평형 전류 발생 원인 및 해결 방법

(1) 부하 불균형
  - 3상 부하가 균등하게 분배되지 않으면 특정 상에 과도한 전류가 흐르게 되어 불평형 전류가 발생함
  - 이는 특히 단상 부하가 많이 연결된 시스템에서 흔히 발생하며, 특정 상에 부하가 집중될 경우 전압 불평형도

    동반될 수 있음
  - 해결 방법

    → 부하를 최대한 균등하게 배분하여 특정 상에 집중되지 않도록 조정해야 함. 단상 부하가 많은 시스템에서는

        주기적인 부하 재분배가 필요함

(2) 설비 결함
  - 변압기, 전동기 등의 내부 절연 열화, 권선 불량 또는 결함이 발생하면 특정 상에서만 전류가 변화하여 

    불평형이 발생할 수 있음
  - 전동기 내부의 권선이 손상되거나 변압기의 권선이 일부 단선되면 특정 상의 전류가 줄어들거나 증가하면서

    불평형이 심화됨
  - 해결 방법

    → 변압기 및 전동기의 정기적인 점검과 예방 정비가 필수적이며, 절연 상태를 점검하여 필요 시 내부 절연을

        보강해야 함

(3) 전선 및 접속 불량
  - 배전선의 접속 상태가 불량하거나 특정 상의 전선이 손상되면 임피던스가 증가하면서 불평형 전류가 발생할 수 있음
  - 접속 단자의 접촉 저항이 증가하면 일부 상에서 전류 흐름이 원활하지 않아 전력 공급의 균형이 깨질 가능성이 있음
  - 해결 방법

    → 배전선과 접속부를 정기적으로 점검하고 접촉 저항을 최소화하는 유지보수를 수행해야 함.

        특히 주요 접속부의 볼트 체결 상태를 주기적으로 확인하고, 전선의 마모 상태를 점검해야 함

(4) 비선형 부하
  - 인버터, 정류기, 전력 변환 장치 등의 비선형 부하에서 발생하는 고조파 전류가 특정 상에 집중되면 불평형 전류가 

    심화될 수 있음
  - 고조파 성분이 특정 상에서 집중적으로 발생하면 정상적인 부하의 전류 흐름에도 영향을 미치며,

    전압 불평형을 유발할 가능성이 있음
  - 해결 방법

    → 고조파 필터를 적용하여 특정 상에서의 전류 왜곡을 줄여야 함. 능동형 및 수동형 필터를 활용하여 고조파를

        저감시키고, 변환 장치 사용 시 전류의 불균형을 최소화할 수 있도록 부하를 분배해야 함

(5) 비대칭 차단기 또는 보호 계전기 동작
  - 차단기나 보호 계전기가 특정 상에서만 작동하거나 오작동할 경우 불평형 전류가 발생할 수 있음
  - 특정 상의 차단기가 동작하여 부하가 차단되면, 나머지 두 상에 부하가 집중되면서 불균형이 심화됨
  - 해결 방법

    → 보호 계전기 및 차단기의 설정 값을 최적화하고, 정기적인 점검을 통해 필요 이상의 차단이 발생하지 않도록

        유지보수해야 함. 또한, 보호 장치가 정상적으로 동작하는지 점검하는 절차를 강화해야 함

 

 

 

 

 

3. 불평형 전류가 미치는 영향

(1) 전동기 과열 및 효율 저하
  - 불평형 전류가 발생하면 3상 전동기의 회전자에 불규칙한 전자기장이 형성되어 과열이 발생함
  - 전동기 내부의 회전자가 비대칭적으로 부하를 받으며, 정격 출력을 유지하기 어려워짐
  - 이러한 상태가 지속되면 절연 열화, 베어링 손상, 효율 저하 등의 문제가 발생하여 전동기의 수명이 단축됨

 

(2) 변압기 부하 증가 및 손실 증대
  - 변압기에 불평형 전류가 흐르면 철손 및 동손이 증가하여 변압기의 효율이 떨어짐
  - 장시간 불평형 상태가 지속되면 변압기 내부의 절연물이 열화될 가능성이 높아지고,

    심할 경우 변압기 고장을 초래할 수 있음

 

(3) 전압 불평형 및 전력 품질 저하
  - 불평형 전류는 전압 불평형을 초래하며, 이는 다른 전기 설비에도 영향을 미쳐 전력 품질을 저하시킴
  - 전압 불평형이 커지면 단상 부하의 동작이 불안정해지며, 전자기기 고장의 원인이 될 수 있음

 

(4) 보호 계전기 오동작
  - 불평형 전류가 지속적으로 발생하면 보호 계전기의 설정 값과 다르게 동작할 수 있음
  - 이는 필요 이상의 차단 동작을 유발하거나, 실제 고장을 감지하지 못하는 문제를 초래할 수 있음

 

 

 

 

 

4. 불평형 전류의 측정 및 해석 방법

(1) 불평형율(Unbalance Ratio) 계산 공식

 

전류 불평형율 계산식

 

 

 

 

 

전압 불평형율 계산식

 

  - 일반적으로 전압 불평형율이 2~3%를 넘으면 전력 품질 저하가 발생할 가능성이 큼
  - 전류 불평형율이 10%를 초과하면 즉각적인 조치가 필요함

(2) 전력 품질 분석 장비 활용
  - 전력 분석기를 이용하여 3상 전류 및 전압의 실시간 데이터를 측정할 수 있음
  - FFT(푸리에 변환) 분석을 통해 고조파 성분과 불평형 전류의 원인을 파악할 수 있음