반도체 공정 및 액정 제조 공정으로 대표되는 최첨단 공장에서는 24시간 365일 가동을 전제로 한 생산성 향상을 위해, 생산 설비의 고성능화 및 시스템 운동 · 복합화가 인력 절감 차원에서 진행된다. 순시 전압 저하(순저) · 정전에 기인한 생산 설비 정지에 의한 불량품 발생 및 생산 시간 손실은 막대한 피해가 되어 순저 대책의 중요성은 해마다 높아지고 있다. 여기에서는 앞으로도 불가피한 순저 대책에 관한 최신 기술에 대해서 소개한다.
순저 발생 실태
일본의 전력 공급 신뢰도는 세계의 톱 레벨에 속한다. 정전은 발생 횟수와 지속 시간 모두 해마다 감소하고 있으며, 2003년 발생 횟수는 0.17회로 6년에 한 번 정도의 발생 빈도에 머무르고 있다. 그러나 순저는 그 대부분이 낙뢰 등의 자연 현상이 원인이 되므로 송전선의 피뢰 대책 등을 줄이기 위한 대책은 최대로 노력하고 있지만, 연 20회 이상 발생하는 지역도 드물지는 않다. 순저에 관한 조사 연구는 ‘순시 전압 저하 대책’에 의해 일본 전국적으로 실시되고 있다. 또 최근에는 순저뿐 아니라 전력 품질 전반에 있어서의 종합적 파악, 국내 규격 · 기준류 국제 규격 정합화의 흐름 및 수요가에 대한 설명 · 책임을 고려하여, 2003년에 전기협연 ‘배전계통 전력품질 기술 전문 위원회’가 조직되어 IEC 규격에 따른 측정 방법을 실시했다. 당 보고서로 2003년 6월부터 10개월 간 일본 전국 102사이트에서 실시되어 1사이트당 순저 발생횟수는 9.1회/연이라는 결과를 얻었음을 알 수 있었다. 또한 이런 결과는 1990년의 조사 때와 거의 동일한 결과로 순저 발생 빈도는 현재까지 그다지 변화하지 않았음을 나타냈다. 이와 함께 잔존 전압, 지속 시간 모두 거의 동일한 분포를 나타냈다(<그림 1> 참조).
따라서 순저의 발생 실태는 과거에서 현재에 걸쳐 거의 변화가 없고 앞으로도 같은 정도로 발생하는 현상이라고 말할 수 있다.
순저를 대상으로 한 대책
최첨단 생산 공장에서는 생산 장치 이외에도 다양한 부대설비가 가동되어 어떤 형태로든 생산에 관계된다. 이런 모든 설비와 장치에 대해 공장 전체에 대책을 마련하면 더할 나위 없이 좋겠지만, 대책을 위한 비용이 막대해져 현실적으로는 무리가 있다. 따라서 설비 · 장치의 중요도 및 순저 · 정전의 발생 양상 등을 고려하여 최적의 대책을 최소한의 투자로 이뤄내야 할 필요가 있다. 앞서 언급했듯이 순저와 정전의 연간 평균 발생횟수는 9.1회/0.17회로, 50배 이상의 차이가 있어 순저만을 구제하면 피해액을 대폭 줄일 수 있을 것으로 생각된다. 즉, 순저만을 염두에 둔 대책은 비용 대 효과를 생각할 경우 유효하다고 생각된다.
순저 ‘전용’대책 장치의 개요
1. 콘덴서 채용 순저 보상을 위한 에너지 축적 소자는 순간적으로 큰 파워가 방출되어 노화의 정도가 대단히 적고 배터리에 대한 유지 보수 및 교환이 불필요한 전해 콘덴서를 채용하고 있다. 무연(無鉛) 배터리에 의해 소방법(화재 예방 조례)의 제약을 받지 않고 클린룸에의 설치도 가능하다. 순저 다발 영역에서는 전해 콘덴서로 충분하지만, 드물게 발생할 가능성도 있는 순저 및 다중 낙뢰 등에 의한 순환 순저에 대해 여유를 가지고 대응해야 할 경우에는 전기 이중층 캐패시터로 대응하고 있다.
2. ‘부족 전압 보상 방식’의 채용 이 장치는 직렬형 대책 장치로, 순저가 발생하면 콘덴서에 축적된 에너지를 사용하여 인버터에서 저하한 전압분만을 출력하고 전원 전압(잔류 전압)에 가산하여 부하에 정격 전압을 제공하는 ‘부족 전압 보상 방식’을 채용한다. 순저에 의해 부족한 전압을 보상하기 위해서는 전압 저하 폭이 적은 경우에는 인버터에서 출력한 파워도 적고 장시간의 보상이 가능해진다(<그림 2> 참조). 이 장치는 순저의 발생 실태에 대응하여 콘덴서에 축적된 에너지를 효과적으로 사용함에 따라 보상시간을 연장할 수 있는 효과적인 대책 장치다. 또한 평상시(순저가 발생하지 않을 때)에는 사이리스터 스위치를 사이로 두고 부하에 전원 전압을 그대로 공급하는 ‘상시 상용 급전 방식’을 채용하고 있다. 인버터는 상시 대기 형태이기 때문에 장치의 손실을 최소한으로 억제함으로써 고효율을 실현한다.
순저 ‘전용’대책 장치의 특징
이 방치는 콘덴서의 채용 및 ‘부족 전압 보상 방식’, ‘상시상용급전방식’의 채용에 의해 다른 대책 장치와 비교해 다음과 같은 특징을 가지고 있다. ① 순환 순저에 강하다 부족분만을 보충하기 때문에 순저 다발 영역에서 보상 시간이 길고 다중 낙뢰 지역에서도 안심하고 사용할 수 있다. ② 설치 공간 절약 배터리형 UPS에 비해 경량 · 콤팩트다. ③ 환경 부하 저감 업계 최고 수준의 고효율(저압 모델 98% 이상, 고압 모델 99% 이상)을 실현한다.
마무리
순저 ‘전용’대책 장치의 라인업을 <그림 3>으로 나타냈다. 일본 닛신전기㈜에서는 순저 대책에 관한 고객의 다양한 대응에 맞춰 앞으로도 ‘기술 · 제품 · 서비스’를 안심하고 이용할 수 있도록 제공해 나갈 예정이다.
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