[눈높이 기술] 정확하게 동작한다 SI 누전 차단기
SI(Super Immune)
LS ELECTRIC이 올해 ELCB 시리즈의 새로운 제품인 SI 누전차단기를 출시할 예정이에요. SI 누전차단기는 고조파와 과도성 서지(Surge) 전류로 인한 기존 누전차단기의 오동작 문제를 해결한 제품인데요. LS ELECTRIC의 SI 누전차단기가 오동작 문제를 어떻게 해결했는지, 전력솔루션)중부영업팀 우상현 매니저가 소개해드릴게요.
1. 기초학습
SI란? (Super Immune)
고조파 누설전류로 인한 기존 누전차단기의 오동작 문제를 해결한 누전차단기예요.
LED 전등과 IoT 기기로 무장한 스마트 빌딩. 그런데 놀랍게도 스마트 빌딩에서 정전 위험이 더 높을 수 있다는 사실, 알고 계셨나요? IT 기기에서 발생하는 고조파 때문인데요. IT 기기는 고조파를 발생시키는 대표적인 비선형 부하예요. 전원 측에 연결된 비선형 부하로 인해 배전계통에 고조파가 흐르게 되면 다른 기기나 전력 계통에 부정적인 영향을 미칠 수 있어요. 예를 들어 기기 내부에 열을 높여 효율을 떨어뜨린다거나, 고조파가 아닌 기본파가 입력될 것이라 가정하고 있는 전기 설비의 경우 누전차단기를 오동작시켜 정전을 일으킬 수도 있죠.
맞아요, 고조파에 큰 영향을 받는 기기가 바로 전력계통을 보호하는 역할을 하는 누전차단기예요. 2000년대 초반부터 누전차단기 오동작으로 인한 정전 현상이 자주 보고되곤 했는데, 비선형 부하에서 발생한 고조파가 원인인 것으로 밝혀졌어요. 어떻게 하면 고조파로 인한 무효 성분 누설전류를 구분해 누전차단기를 정확하게 동작시킬 수 있을까요? 이러한 문제를 해결하고자, 한때 중소기업들을 중심으로 IGR 타입의 누전차단기 제품이 등장하기도 했는데요. 2021년 이 제품들이 글로벌 안전 기준에 적합하지 않다는 이유로 국가기술표준원의 안전용품안전기준 개정 후 판매가 중단되었어요.
글로벌 안전 기준에 부합하면서도 고조파로 인한 오동작 문제를 해결할 새로운 유형의 누전차단기가 필요한 상황. LS ELECTRIC이 SI 누전차단기를 출시하는 이유인데요. SI 누전차단기는 제품에 CPU를 적용, 누설전류의 기본파(60Hz) 성분을 연산하여 판별하는 디지털 방식으로 오동작 문제를 개선했어요.
잠깐 개념 정리!
고조파란?
고조파란 기본파의 정수배를 갖는 전류를 말해요. 우리나라와 유럽에서는 60Hz와 50Hz의 주파수를 사용하고 있는데 이를 기본 주파수, 기본파라고 하죠. 고조파는 이 기본파의 2배, 3배, 4배와 같은 정수의 배에 해당하는 물리적 전기량이에요. 전력회사로부터 공급되는 전압은 깨끗한 정현파형인 기본파이지만 특정 부하를 거치며 왜곡파형을 띠게 되는데 이러한 부하들을 비선형 부하라 불러요. 우리 일상에는 생각보다 비선형 부하들이 많아요. 컴퓨터, 프린터와 같은 IT 기기들이 모두 비선형 부하들이죠. 전력용 반도체 소자의 이용이 늘어나면서 비선형 부하가 점차 증가하고 있다고 해요.
2. 궁금해요
SI 누전차단기는 어떻게 오동작 문제를 해결했을까요?
누설전류 성분 검출 알고리즘을 적용해 동작해야 할 전류와 부동작해야 할 전류를 정확히 구분해요.
감전과 지락사고 예방이라는 중요한 역할을 담당하는 누전차단기가 오동작한다면 불필요한 정전을 야기할 수 있고, 기기 신뢰도에도 영향을 미치겠죠? 특히 비선형 부하는 병렬로 다수 개가 연결될 경우 누설전류가 증가해 오동작 발생 가능성이 더 높아져요. 도심의 LED 가로등을 보신 적 있죠? 이런 가로등들은 보통 분전함에 수십 개의 조명을 연결해 사용하는데, 이런 경우 문제가 더욱 커질 수 있는 거죠.
누전차단기가 오동작하지 않으려면 동작해야 할 지락전류와 부동작해야 할 누설전류를 구분해야 해요. SI 누전차단기는 누설전류를 감지하기 위한 변류기인 영상 변류기(Zero-phase Current Transformer)를 통해 고조파 및 고주파가 포함된 누설전류가 입력되면 이 신호를 내부 CPU로 전달해요. 기존 누전차단기와는 달리 SI 누전차단기에는 아날로그 누전 검출 회로가 아닌 디지털 방식이 적용됐어요. 기존 PCB 회로의 IC가 CPU로 변경되어 연산 알고리즘(Discrete Fourier Transform, DFT)으로 신호를 처리해 기본파(60Hz) 성분을 검출해내요. 기존 누전차단기는 누설전류를 인식하면 동작하였지만 SI 누전차단기는 누설전류에서 기본파 성분을 검출할 수 있기 때문에 동작하지 않는 것이죠.
3. 핵심정리
오동작을 예방해 전력계통을 더 세심하게 보호해주는 SI 누전차단기. 오동작의 원인에는 고조파 누설전류만 존재하는 것은 아닌데요. 낙뢰나 정전기와 같은 현상이 발생하면 순간 전류 상승으로 차단기가 동작하기도 해요. 통신설비나 공장 등의 산업현장에선 이 낙뢰로 인한 과도 서지 전류 역시 오동작의 주요 원인이었어요. SI 누전차단기는 고조파 누설전류 검출과 마찬가지의 방식으로 과도 서지 전류 역시 구분하기에 낙뢰나 정전기가 발생해도 오동작하지 않아요. 산악지대나 터널, 교량 등 사람이 출동하기 어려운 지역에 누전차단기 오동작 문제가 발생하면 이를 처리하기가 매우 곤란한데, SI 누전차단기의 적용으로 유지보수를 위한 인력 역시 절감할 수 있죠. 공장이나 통신사의 경우 안정적인 업무 및 서비스 제공이 가능하다는 점은 물론이고요!
4. 더 알기
SI 누전차단기, 관공서와 통신사 등과 함께 현장 테스트를 진행 중이에요.
정확한 동작으로 여러분의 안전을 지켜드릴게요.
SI 누전차단기는 고조파 간섭으로 불필요한 트립이 빈번하게 발생했던 전력계통이나 고조파 방지 필터를 포함하고 있는 부하에는 얼마든지 적용할 수 있어요. 피뢰 설비 시스템을 갖춘 빌딩 혹은 습기가 많아 과도 서지 전류가 발생할 가능성이 높은 곳에도 적합하죠. SI 누전 차단기는 가로등 분전함, 사무실, 물류 동력제어반, 통신 중계기 분전함 등에서 테스트를 완료한 상태예요. 현재는 시설공단 등의 관공서에서 현장 테스트를 진행 중이죠. 우리 일상과 밀접한 다양한 영역에서 오동작 없는 누전차단기로 역할할 SI 누전차단기, 정확한 동작으로 전력 안전을 사수할 SI 누전차단기의 활약을 기대해주세요!
