1. 개요
산업용 세척기 설비는 세척, 방청, 건조 공정을 동시에 수행하기 위해 다수의 전기 부하를 포함하고 있다. 특히 건조 공정에는 히터가 적용되며, 최근에는 에너지 효율과 온도 제어 성능을 향상시키기 위해 SCR(Silicon Controlled Rectifier) PID 제어 방식이 널리 사용되고 있다.
그러나 SCR 제어 방식은 전력 계통에 고조파 전류를 발생시키는 특성이 있으며, 이로 인해 차단기 인입측 전선이나 단자부에서 전류 크기와 무관한 발열 현상이 발생할 수 있다. 본 글에서는 실제 세척기 설비 사례를 기반으로 발열 원인과 전기안전관리자가 고려해야 할 대책을 정리한다.
– SCR 히터 적용 설비의 전기적 특성 분석 –
2. 설비 구성 및 운전 조건
- 전원: 3상 220V
- Hot Air Generator
- 용량: 3.75kW / 단상 220V
- 수량: 2대
- 결선 상태: R-S / S-T
- 제어 방식: SCR PID 제어
- 기타 부하: 세척·방청·건조 공정용 3상 모터 포함
차단기 실측 데이터
- 부하전류: R상 95A / S상 100A / T상 106A
- 인입측 온도: R상 44℃ / S상 28℃ / T상 24℃
- 단자 체결 상태 및 변색 여부: 이상 없음
3. 차단기 인입측 발열 현상의 특징
일반적으로 차단기 발열은 과부하 전류, 접촉 불량, 또는 전선 규격 부족에 의해 발생한다. 그러나 본 사례에서는 전류가 정격 범위 내에 있으며, 볼팅 상태 또한 정상으로 확인되었다.
그럼에도 불구하고 특정 상에서만 온도가 높게 측정된 것은 전류의 크기가 아닌 전류 파형의 특성, 즉 고조파 전류의 영향을 의심할 수 있는 대표적인 사례이다.
4. SCR PID 제어 히터와 고조파 발생
SCR 제어 방식은 전압의 위상을 절단하여 출력 전력을 제어한다. 이 과정에서 전류 파형은 정현파 형태를 벗어나게 되며, 다음과 같은 현상이 발생한다.
- 5차, 7차 고조파 전류 발생
- 실효전류 증가
- 차단기 및 전선에서 열 손실 증가
특히 단상 히터가 R-S / S-T 구조로 결선될 경우, 특정 상이 공통 경로가 되어 고조파 전류가 중첩될 수 있으며, 이로 인해 상별 전류 차이가 크지 않더라도 차단기 인입측 발열이 발생할 수 있다.
5. 결선 변경만으로 해결이 어려운 이유
현장에서 흔히 시도되는 대책은 단상 히터의 결선을 변경하여 상별 부하를 분산하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 고조파 발생 자체를 제거하지 못하고, 고조파가 집중되는 상을 이동시키는 수준에 그친다.
따라서 결선 변경만으로는 근본적인 발열 문제를 해결하기 어렵다.
6. 권장 대책
SCR 히터가 적용된 세척기 설비의 안정적인 운전을 위해 다음과 같은 대책이 필요하다.
- 히터 전원측 AC 리액터 설치
3~5% 라인 리액터를 적용하여 고조파 전류를 감쇠하고 실효전류 증가를 억제한다. - 단상 히터 결선 분산 및 교번 운전 검토
특정 상에 고조파가 집중되지 않도록 하며, 동시 점호를 최소화한다. - 히터 부하 전용 차단기 분리
모터 부하와 분리하여 고조파 확산을 방지한다. - 콘덴서 동일 분전함 설치 지양
고조파 환경에서의 공진 및 과열 위험을 예방한다.
7. 결론
본 세척기 설비의 차단기 인입측 발열은 SCR PID 제어 방식의 단상 히터에서 발생한 고조파 전류가 특정 상에 집중되면서 나타난 현상으로 판단된다.
전기안전관리자는 단순한 전류 값이나 접촉 상태 확인에 그치지 않고, 고조파 발생 부하의 특성을 고려한 리액터 적용 등 근본적인 대책을 검토해야 한다. 이는 설비의 안정적인 운전과 장기적인 화재 예방 측면에서 매우 중요한 관리 요소이다.