자동역률조정기(EPC-600)에 대하여

자동역률제어 조정기

안녕하세요? 오늘은 자동역률조정기에 대해여 말씀드리고자 합니다. 자동역률조정기는 역률이 지상으로 흘러갔을때 수배전반에서 콘덴서를 자동으로 투입시켜주는 장치입니다. 보통 코일이 많이 들어가 있는 전기모터 등을 가동시키게 되면 지상무효전력이 많이 필요하므로 이에 맞춰 콘덴서가 투입이 되어 보상해주게 됩니다. 제가 근무하는 곳에는 EPC-600이라는 장비가 설치되어 있는데 사용법이 제대로 나와있지 않아서 혹시 같은 것을 쓰시는 분들에게 도움이 되고자 이 글을 쓰게 되었습니다. 

1. 역률조정의 목적

왜 역률을 조정해야 할까요? 역률제어를 하는 목적에는 여러가지가 있습니다. 전기기사나 산업기사를 공부하신 분들은 설비여유용량의 증가, 전압강하 경감, 전력손실 경감, 전기요금 경감 이렇게 4가지를 배우셨을 것입니다. 실무에 들어와서 보니 이중에서 가장 중요시하는 것이 전기요금의 경감이었습니다. 왜 전기요금이 경감이 될까요? 전력손실이 줄어서 그런 것일까요? 전기요금이 경감되는 이유는 바로 한전의 전기공급 약관 제43조 제①,②항 때문입니다. 

한국전력공사 전기공급 약관 제 43 조 [역률에 따른 요금의 추가 또는 감액]

① 역률에 따른 요금의 추가 또는 감액 대상 고객은 제38조(전력량계 둥의 설치기준)에 따라 무효전력을 계량할 수 있는 전력량계가 설치된 고객으로서 다음 각 호에서 정한 고객으로 합니다.

1. 저압으로 전기를 공급받는 계약전력 20kW 이상의 일반용전력, 산업용전력, 농사용전력, 임시전력

2. 고압이상의 전압으로 전기를 공급받는 일반용전력, 교육용전력, 산업용전력, 농사용전력, 임시전력

② 역률에 따른 요금의 추가 또는 감액은 다음 각 호와 같이 시간대별로 구분하여 산정합니다.

1. 09시부터 23시까지의 역률에 따른 요금의 추가 또는 감액

가. 지상역률(遲相力率)에 대하여 적용하며, 평균역률이 90%에 미달하는 경우에는 미달하는 역률 60%까지 매 1%당 기본요금의 0.2%를 추가하고, 평균역률이 90%를 초과하는 경우에는 역률 95%까지 초과하는 매 1%당 기본요금의 0.2%를 감액합니다.

나. "가"의 평균역률은 제42조(역률의 계산) 제2항의 본문에 따라 계산된 30분단위의 역률을 1개월간 평균하여 계산합니다. 다만, 30분 단위의 역률이 지상역률 60%에 미달하는 경우 역률 60%로, 지상역률 95%를 초과하는 경우 역률 95%로 간주하여 1개월간 평균역률을 계산합니다.

다. "나"에도 불구하고, 제42조(역률의 계산) 제2항의 단서에 해당하는 고객의 평균역률은 전력량계에 1개월간 누적된 계량값으로 역률을 계산합니다.

말이 좀 길지만 요약을 한다면 역률을 90%기준으로 봤을 때 60~90%구간에는 1%마다 0.2%의 기본요금을 추가하고 90~95%까지는 1%마다 0.2%의 기본요금을 할인해 준다는 말입니다. 시간은 09~23시까지이므로 이때는 공장 등에서 모터등을 많이 돌리기 때문에 모터에는 코일이 감겨있어 지상전류가 많이 흐르게 됩니다. 따라서 한전에서는 이것을 개선하라고 할증을 붙이는 것입니다. 

2. 23시부터 다음 날 09시까지의 역률에 대한 요금의 추가

가. 진상역률(進相力率)에 대하여 적용하며, 평균역률이 95%에 미달하는 경우에 미달하는 매 1%당 기본요금의 0.2%를 추가합니다.

나. "가"의 평균역률은 제42조(역률의 계산) 제2항의 본문에 따라 계산된 30분단위의 역률을 1개월간 평균하여 계산합니다. 다만, 30분 단위의 역률이 진상역률 60%에 미달하는 경우에는 역률 60%로, 지상역률인 경우에는 역률 100%로 간주하여 1개월간 평균역률을 계산합니다.

다. "나"에도 불구하고, 제42조(역률의 계산) 제2항의 단서에 해당하는 고객은 진상역률 요금을 적용하지 않습니다.

23~09시까지는 공장 등에서 모터 기동이 정지되는 곳이 많습니다. 그러나 낮시간의 지상전류를 보상하기 위한 콘덴서를 많이 설치해 놓아서 이것을 영향으로 진상전류가 흐르게 됩니다. 역시 한전에서는 이것을 개선하라고 할증을 붙이게 됩니다. 진상역률은 지상역률과는 다르게 95%를 미달하면 1%당 0.2%의 기본요금을 가산하게 됩니다. 

③ 해당월에 지상역률 또는 진상역률의 추가요금이 발생한 경우 첫 번째 달에는 추가요금의 청구를 예고하고 두 번째 달부터 추가요금을 청구합니다.

2. 자동역률제어장치(EPC-600) 외형

전기실의 ACB판넬에 가보시면 GIMAC옆에 위와 같은 것이 붙어있는 것을 보신적이 있으실 겁니다. 처음에 저도 이것이 무엇인지 몰랐는데, 바로 자동역률조정기였습니다. 이것이 도면에 어떻게 표현이 되어 있는지 찾아보았습니다. 

ACB판넬 도면에 보니 'APFR'라고 표기가 되어 있습니다. Automatic Power Factor Relay의 약자입니다. 도면의 APFR에서 왼쪽으로 가보시면 연결되어 있는 콘덴서 3개가 보입니다. 30KVA짜리 3개로 표기가 되어 있습니다. 그리고 그 위에 스위치가 보입니다. 즉 APFR에서 역률을 감지하여 역률이 저하되었다고 판단되면 스위치를 하나씩 닫아서 보상해주는 방식입니다. 한꺼번에 3개를 투입하면 용량이 너무 커서 과보상이 되기 때문에 하나씩 닫아줍니다. 

3. 각부의 명칭과 동작

EPC1200 (출처: EPC코리아)

① 출력표시 LAMP : 각 CONDENSER STEP의 ON/OFF 상태표시
② DISPLAY : 현재역율, SETTING역률, SETTING C/K, 전압(%), 전류(%), setting time
③ 전원표시 LED : 전원 ON/OFF 상태표시
④ CAP LED : SETTING 역률과 비교 ON시는 현재 CAP상태
⑤ C/K : C/K 값 SETTING DIAL
⑥ AUTO/MAN : MODE 변경 BUTTON
⑦ cosφ : 목표역률 SETTING DIAL
⑧ SELECTOR BUTTON : AUTO일때는 Vn, In, φ 선택 MAN 일때는  +,  0,  - 선택
⑨ %Vn LAMP : ON시 현재 LINE상의 전압을 백분율로 표시
⑩ %In LAMP : ON시 현재 LINE상의 전류를 백분율로 표시
⑪ cosφLAMP : ON시 현재 LINE상의 역률치를 표시
⑫ C/K LAMP : ON시 C/K 값 SETTING 및 표시
⑬ PF LAMP : ON시 PF SETTING 및 SETTING치 표시
⑭ IND LAMP : ON일 경우 SETTING 역율과 비교 현재역율이 IND상태
⑮ DIP switch : SEQUENCE, LIMIT SETTING 

 secs DIAL : DELAY TIME SETTING
 PANEL MOUNTING PLATE

 PANEL MOUNTING SCREW

4. 자동역률제어장치 Setting

1) Target Power factor

상기 붉은색 네모박스를 약 3초간 누르시면 셋팅값들을 조절할 수 있습니다(복구시는 다시 3초간 붉은색 박스를 누르시면 됩니다). 붉은 색 네모박스를 약 3초간 누르면 위 사진처럼 AUTO MAN에 불이 사라지면서 조절모드가 됩니다. 아래쪽 노란색 박스는 C/K, cosφ, Time를 선택할 수 있습니다. 노란색 박스버튼을 누르다가 위쪽 디스플레이에 PF쪽 불이 들어오면 멈춥니다. 그리고 아래쪽 cosφ 글자가 있는 붉은 색 원을 돌리시면 값이 조절됩니다. 통상적으로 0.95에 셋팅이 되어 있습니다. 

 

2) C/K Value

이 개념이 가장 어려웠습니다. 책자나 인터넷 어디에도 나와있지 않습니다. 쉽게 설명드리자면 자동역률조정기에서 콘덴서를 투입하는 기준이 cosφ라고 가정해 봅시다. 만약 부하가 적은 경부하이면서 cosφ가 0.95보다 떨어지게 되면 콘덴서가 투입이 되게 되는데 콘덴서의 용량이 지상부하에 비해 과도하게 크다보니 과보상이 되게 되어 역률이 오히려 진상쪽으로 나빠지게 됩니다.(역률이 1보다 상승하면 진상부하가 되어버려 전력손실이 더 발생함) 

그래서, 콘덴서를 투입하는 기준이 cosφ가 아닌 지상전력의 용량이 콘덴서의 최소용량이 넘으면 투입하게 되는 개념이 C/K입니다. 즉 콘덴서가 30KVA짜리 3개가 설치되어 있으면 지상부하가 30KVA를 넘으면 콘덴서 1개가 투입되고, 만약 또 지상부하가 30KVA를 넘개되면 또 투입이 되게 되는 개념입니다. C/K값은 아래 예시된 공식에 따라 계산된 결과치를 셋팅해주면 됩니다.

3) Closing Delay Time

상기 사진의 붉은색 원 안의 화살표가 표시한 부분이 Closing Delay Time입니다. 현재 31초로 세팅이 되어 있습니다. 이것은 지상부하가 순간적으로 증가했다가 감소할 수도 있기 때문에 투입을 지연시켜주는 것입니다. 또한 최소 투입지연시간은 9초입니다. 이는 콘덴서에 전하가 많이 남아있을 때 돌입전류가 발생하여 사고가 날 수 있기 때문에 방전시간을 고려한 것입니다. 이론적으로 콘덴서의 전하가 안전하게 방전될 수 있는 시간은 5초이지만 여유를 둔 것이지요.

4) Selector Switch Settings

상기 사진의 붉은색 사각형 안에 SEQUENCE와 LIMIT가 있습니다. 먼저 SEQUENCE에 대해서 설명드리겠습니다. 이것은 쉽게 콘덴서를 ON/OFF하는 순서를 제어하는 것입니다. 예를 들어서 콘덴서 용량이 30KVA짜리를 3개를 놓았을 경우에는 20KVA나 10KVA의 지상부하가 지속적으로 발생하였을 때 그저 바라볼 수밖에 없습니다. 왜냐면 콘덴서의 용량이 지상부하의 용량보다 너무 크기 때문이지요. 그렇다고 10KVA짜리를 3개를 놓았을 경우에는 30KVA이상의 지상부하가 발생하였을 경우 추가로 콘덴서를 설치해야하는 문제가 있습니다. 

이런 문제들을 해결하기 위해서 콘덴서 용량을 10KVA, 20KVA, 40KVA로 다양하게 섞어서 설치하는 것입니다. 이렇게 하면 10KVA, 20KVA, 30KVA(10+20), 40KVA, 50KVA(40+10), 60KVA(40+20), 70KVA(40+20+10) 모두 3개의 콘덴서를 조합하여 만들어 낼 수 있습니다. 이것을 순차적으로 제어하기 위해서 만든 것이 SEQUENCE입니다. 

콘덴서 용량이 10KVA, 20KVA, 40KVA의 3개를 설치했다면 위 표에서 05번으로 설정하여 제어할 수 있습니다. 05번의 스위치번호가 1 0 1이므로 판넬에 적용을 하면 됩니다. 다만 제가 근무하는 곳은 30KVA 3개가 설치되어 있기 때문에 00 번의 스위치 번호인 0 0 0 으로 설정되어 있는 것을 보실 수 있습니다. 

SEQUENCE 아래쪽에 LIMIT스위치가 있습니다. 만약 콘덴서를 10KVA, 20KVA, 40KVA의 3개를 설치했다면 나올 수 있는 경우의 수가 10KVA~70KVA까지 총 7개가 나오게 됩니다. 그러면 STAGE LIMIT를 7번인 1 1 1 0으로 셋팅하시면 됩니다. 제가 근무하는 곳은 3개 콘덴서가 동일하기 때문에 경우의 수가 30, 60, 90KVA 3개밖에 없으므로 STAGE LIMIT도 1 1 0 0 으로 셋팅 된 것을 보실 수 있을 것입니다. 여기서 주의 사항은 다른 스위치들은 전원 투입 후에 조작하지만 SEQUENCE와 LIMIT 스위치는 반드시 전원 투입전에 셋팅해야 한다고 합니다. 

오늘은 내용이 많이 길었습니다. 기기 자체가 그렇게 어려운 것은 아닌데 글로 설명드리려니 힘드네요. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.