산업용 전력 시스템에서 PFC가 중요한 이유

AC 전력 시스템의 역률(power factor, PF)이란 메인 공급장치에서 공급된 전력이 얼마나 효율적으로 사용되는지 알아보는 측정치입니다. 이 수치는 부하가 흡수한 유효 전력(와트(W) 단위) 대 회로를 통과해 이동하는 피상 전력(볼트-암페어(VA) 단위)의 비율로 나타냅니다. 유효 전력은 전압과 전류의 순간 곱의 평균값으로 계산하며, 작업을 수행하는 데 실제로 사용할 수 있는 전기 에너지를 나타냅니다. 반면, 피상 전력은 전압과 전류의 제곱 평균 제곱근(Root Mean Square, RMS) 값을 곱해 계산합니다. 에너지가 일시적으로 부하에 저장되었다가 공급원으로 반환될 때나 비선형 부하가 전류 파형을 왜곡하면 피상 전력이 유효 전력을 초과하게 됩니다. 그러면 사용 가능한 전력을 전송하는 데 필요한 것보다 많은 양의 전류가 회로를 통과해 흐르게 됩니다.

완벽한 역률은 1입니다. 역률이 1이면 전압과 전류가 동상이고(in phase) 모든 전력이 유용한 작업을 하고 있다는 의미입니다. PF가 1 미만이면 전압과 전류가 이상이고(out of phase) 유효 전력 전송량이 줄어든다는 의미입니다. AC 회로에서는 용량성 또는 유도성 리액턴스로 인해 위상 이동이 발생할 수 있습니다. 용량성 부하의 경우, 전류가 전압을 앞섭니다(진상 역률). 유도성 부하의 경우, 전류가 뒤처집니다(지상 역률). 외우기 쉬운 연상 기호로 CIVIL을 사용하세요. [용량성이면(C) I가 V보다 [앞에 옴], 유도성이면(L) I가 V보다 [뒤에 옴]]이라는 의미입니다.

산업 현장에서는 유도성 부하가 압도적으로 우세합니다. 모터, 변압기, 용접 장비, 인덕션 히터 등 대부분의 산업용 장비는 작동할 때 자기장에 의존하여 유도성 특성을 띱니다. 따라서 이러한 부하로 인해 지상 역률(lagging power factor)이 발생하게 됩니다.

전기 전력 시스템에서, 역률이 낮은 부하는 역률이 높은 부하보다 같은 양의 유효 전력을 제공하기 위해 더 많은 전류를 사용하게 됩니다. 그러면 에너지 손실이 더 많아지고, 분전 인프라의 스트레스가 가중되며 더 크고 비싼 부품이 필요하게 됩니다. 또한 역률이 낮으면 전기 장비 자체에도 불필요한 부담을 주어 고장이 더 빠르게 발생할 수 있습니다.

예를 들어 PF가 0.6인 300W 전원 공급장치(PSU)는 그리드에서 500VA를 끌어옵니다. 즉, 사용 가능한 전력 300W를 제공하기 위해 500W의 인프라 스트레스가 발생합니다. PF가 낮으면 역률 과태료와 kVA에 기반한 요금 청구로 인한 공과금 비용이 늘어납니다. 이런 과태료는 특히 공장, 병원, 데이터 센터와 같은 산업 및 상업용 시설에 큰 타격을 입힙니다.

산업용 전원 공급장치 에서 PFC를 구현하면 다음과 같은 몇 가지 이점을 누릴 수 있습니다.

• 에너지 비용 절감(역률이 낮아서 발생하는 공과금 과태료 방지)
• 전송 손실 감소(케이블과 변압기에서 낭비되는 에너지 감소)
• 시스템 용량 증가(다른 부하에 필요한 여유 전력 확보)
• 전압 조절 기능 개선(더 안정적인 전원 공급)
• 장비 수명 연장(전기 부품의 과열 및 스트레스 감소)

RECOM에서는 최근 조건이 가장 까다로운 산업용 응용 분야에 적합한 DIN 레일 전원 공급장치 RACPRO1 제품군을 출시했습니다. RACPRO1-T240, -T480, -T960의 제공 전력은 각각 240, 480, 960W입니다. 이들 전원 공급장치는 다양한 PFC 이점을 제공하므로 산업 자동화나 미션 크리티컬 응용 분야에 이상적입니다. 이러한 PFC의 이점을 다음과 같은 몇 가지 예시로 정리해 보았습니다.

높은 역률로 효율 극대화

• RACPRO1 시리즈에는 Active PFC가 탑재되어 높은 역률을 보장합니다(보통 > 0.9)
• 이는 에너지 낭비를 최소화하고 전력 사용량을 최적화하여 불필요한 전류 소비량을 줄여 줍니다

에너지 비용과 공과금 과태료 감소

• 역률이 높으면 무효 전력이 줄어들어 전송 손실이 감소합니다
• 수많은 유틸리티 업체에서 역률이 낮은 경우 과태료를 부과하므로, RACPRO1 전원 공급장치를 사용하면 추가 요금을 방지하는 데 도움이 됩니다

전기 인프라에 발생하는 부담 완화

• RACPRO1 전원 공급장치는 역률을 개선하여 전류 수요를 줄여주므로 배선, 변압기, 회로 차단기를 더 작은 것으로 사용해도 됩니다
• 그러면 설치 비용을 절감하고 더 효율적인 전기 시스템을 구현할 수 있습니다

시스템 안정성과 성능 강화

• 시스템을 순환하는 무효 전력이 줄어들면 전압 조절이 개선되고, 연결된 디바이스가 더 안정적으로 작동할 수 있습니다
• 또한 전기 부품의 전압 강하, 플리커, 과열을 방지하는 데도 도움이 됩니다

업계 표준 준수

• IEC 61000-3-2 및 기타 PFC 및 고조파 저감 관련 국제 표준을 준수하여 전 세계 응용 분야에서 호환성을 보장합니다

미션 크리티컬 산업 자동화 지원

• 효율이 우수하고 전력 품질이 개선된 RACPRO1은 일관된 성능이 필수적인 PLC 시스템, 공정 제어, 자동화 기계에 이상적인 전원 공급장치입니다

콤팩트하고 안정적인 DIN 레일 설계

• RACPRO1 전원 공급장치는 PFC가 내장되어 있는데도 작은 크기를 유지하므로 공간이 한정된 제어반에 간편하게 설치할 수 있습니다
• MTBF(Mean Time Between Failure)가 우수해 까다로운 환경에서도 장기적 안정성을 보장합니다

또한 능동 돌입전류 제한이 있고 PFC가 0.9를 웃돌아 퓨즈와 회로 차단기에 가해지는 스트레스를 줄여줍니다. 최첨단 PFC를 내장한 것 외에도 RACPRO1 시리즈가 산업용 PSU의 기준을 새롭게 재정립하는 제품인 데는 여러 가지 이유가 있습니다.

성공적인 AC/DC 전원 공급장치 설계를 구현하는 데 필요한 광범위한 경험과 학습 자료는 RECOM AC/DC, DC/DC 및 EMC 기술 자료집을 참조하세요.

또한 RECOM의 AC/DC 전원 공급장치의 에너지 효율: 필수 요소 빠른 가이드블로그에서도 Ecodesign 규정에 관한 유용한 개요를 제공합니다. Ecodesign 규정은 정부 또는 규제 기관에서 시중의 제품이 전체 수명 주기 동안 환경에 미치는 영향을 최소화하도록 설계되었는지 확인하기 위해 정립한 일련의 표준과 지침입니다. 이러한 규정에서는 주로 폐기물, 배출 가스, 자원 소모량을 줄여 에너지 효율을 개선하고 지속 가능성을 촉구하는 데 중점을 둡니다.

이 흥미로운 새 DIN 레일 장착형 전원 공급장치 제품군에 관한 자세한 정보는 RACPRO1 웹페이지에서에서 확인할 수 있습니다.