전력 계통과 전기 품질

전력량계에서 읽어오는 레지스터는 수십 개입니다. 전압, 전류, 유효/무효/피상 전력, 역률, 주파수, THD까지. 무엇이 중요한지 모르면 전부 저장하거나 꼭 필요한 값을 빠뜨립니다.

이 페이지는 개발자가 전력 데이터를 다룰 때 최소한 알아야 할 전기 기초를 정리합니다.

1. 수배전 구조

공장 전기는 한전에서 들어와 몇 단계를 거쳐 설비까지 갑니다.

한전 선로 (22.9kV)
 └─ 수전반 (MOF, 한전 거래용 계량기)
     └─ 주변압기 (22.9kV → 380V/220V)
         └─ 저압 배전반 (ACB, 메인 계기)
             └─ 분전반 (MCCB, 분기 계기)
                 └─ 설비 (모터, 컴프레서, 조명)

• MOF / 거래용 계량기: 한전 요금의 기준. 우리 시스템 값과 비교하는 기준점
• 메인 계기: 변압기 2차측. 공장 전체 사용량
• 분기 계기: 라인, 설비별. 어디서 쓰는지 알려줌

실무 포인트:

• 메인 계기 합계 ≠ 분기 계기 합계. 변압기 손실, 미계측 부하 때문에 보통 3~10% 차이가 납니다
• 이 차이를 "기타/미계측"으로 화면에 보여주면 현장 신뢰가 오히려 올라갑니다
• 상위와 하위를 같이 더하면 이중 가산입니다. 계층 설계에서 막아야 합니다

2. 3상 전력

산업 현장은 대부분 3상 4선식(380V/220V)입니다. 계기는 상별 값과 합계를 같이 줍니다.

• 필자 생각: 처음부터 모든 상별 값을 1초 주기로 저장하지 마세요. 사용량(kWh 적산)과 kW는 1분, 품질 값은 5~15분 또는 이상 시에만 저장해도 충분한 경우가 많습니다.

3. 유효, 무효, 피상 전력

S² = P² + Q²
PF = P / S

• 유효전력 (P, kW): 실제 일을 하는 전력. 요금의 대부분
• 무효전력 (Q, kVAR): 모터 자화 등에 쓰이고 되돌아가는 전력. 선로만 점유
• 피상전력 (S, kVA): 설비가 감당해야 하는 전체 용량

비유하면 맥주잔에서 맥주가 유효전력, 거품이 무효전력, 잔 전체가 피상전력입니다.

4. 역률

• 역률이 낮다 = 같은 일을 하는데 전류가 더 흐른다 = 선로, 변압기 손실 증가
• 한전은 역률이 기준보다 낮으면(지상) 추가 요금, 높으면 감액하는 구조를 둡니다
• 야간에 콘덴서가 과하게 붙으면 진상 역률 문제가 생깁니다

시스템에서 하는 일:

1. 월 평균 역률 계산: kWh / sqrt(kWh² + kVARh²)
2. 시간대별 역률 추이 차트
3. 기준 미달 시 알람

5. 수요전력과 피크

• 계기는 순간 kW를 주지만, 한전 요금의 최대수요는 15분 평균 전력 기준입니다
• 15분 수요 = 15분 동안의 kWh × 4
• 순간 피크로 알람을 걸면 모터 기동 전류 때문에 오알람이 쏟아집니다

00:00 ~ 00:15 사용량 125 kWh → 수요전력 500 kW
00:15 ~ 00:30 사용량 140 kWh → 수요전력 560 kW  ← 월 최대수요 후보

수요 관리(Demand Control) 기능은 현재 15분 구간의 진행률을 보고 "이대로 가면 목표 초과"를 예측해 미리 경고합니다.

6. 전기 품질

EnMS의 1차 목표는 사용량이지만, 전기 품질 감시를 붙이면 설비 보전 쪽 요구사항까지 흡수할 수 있습니다.

7. 변성기(CT/PT)와 배율

고압이나 대전류는 계기에 직접 연결하지 않고 변성기로 줄여서 측정합니다.

• CT (변류기): 예) 600/5A → 배율 120
• PT (계기용 변압기): 예) 22900/110V → 배율 약 208
• 실제값 = 계기값 × CT비 × PT비

계기 자체에 배율을 설정했는지, 시스템에서 곱해야 하는지 현장마다 다릅니다. 한 번 곱했는지 두 번 곱했는지를 시운전 때 반드시 한전 계량기와 대조하세요.

8. 개발자가 기억할 것

1. 사용량은 kWh 적산값의 차분으로 만든다
2. 피크는 15분 수요전력으로 정의한다
3. 역률은 kWh, kVARh로 계산한다
4. 메인과 분기의 차이는 숨기지 말고 미계측으로 보여준다
5. 배율 적용 위치를 문서화한다