단상 및 3상 전력 시스템 이해
단상 시스템 (1P+N): 220-240V 애플리케이션
단상 전력 시스템은 220-240V에서 작동하며 하나의 활선 도체(L1)와 하나의 중성선 도체(N)로 구성됩니다. 이러한 시스템은 일반적으로 다음을 필요로 합니다. 2극 (2P) 자동 절환 스위치 활선 도체와 중성선을 동시에 전환하는 스위치입니다.
주요 응용 분야:
- 주거용 건물 및 아파트
- 소규모 상업 사무실 (100A 미만 서비스)
- 레크리에이션 차량 (RV) 및 이동 주택
- 경량 장비 및 가전 제품
- 가정 필수 부하에 대한 백업 전원
단상 시스템은 전력 공급 용량이 제한되어 있으며 일반적으로 최대 100A 서비스(240V에서 24kW)입니다. 주거용 백업 전원 애플리케이션의 경우 2P ATS는 유틸리티 및 발전기 소스 간 전환 시 적절한 보호 기능을 제공합니다.
3상 시스템 (3P+N): 380-415V 산업용 전력
3상 전력 시스템은 3개의 활선 도체(L1, L2, L3)와 중성선 도체(N)를 통해 380-415V를 제공합니다. 이러한 시스템은 다음 중 하나가 필요합니다. 3극 (3P) 또는 4극 (4P) 자동 절환 스위치, 중성선을 전환해야 하는지 여부에 따라 시스템 안전 및 신뢰성에 영향을 미치는 중요한 결정입니다.
주요 응용 분야:
- 제조 시설 및 산업 플랜트
- HVAC 시스템이 있는 상업용 건물
- 데이터 센터 및 통신 시설
- 3상 모터(펌프, 압축기, 냉각기)를 작동하는 시설
- 다음을 포함하는 대규모 태양광 PV 설치 하이브리드 인버터 시스템
| 시스템 유형 | 전압 | 도체 | 일반적인 ATS | 최대 부하 용량 | 일반적인 애플리케이션 |
|---|---|---|---|---|---|
| 단상 | 220-240V | L1 + N | 2P | 최대 24kW | 주거용, 소규모 상업용 |
| 세계 | 380-415V | L1 + L2 + L3 + N | 3P 또는 4P | 최대 400kW+ | 산업, 대규모 상업 |
| 분할 상 | 120/240V | L1 + L2 + N | 3P (특수) | 최대 48kW | 북미 주거용 |
“4번째 극” 딜레마: 3P 대 4P ATS 선택
여기서 대부분의 사양 오류가 발생합니다. 3극 및 4극 ATS 간의 결정은 시스템이 중성선 접지 및 고장 보호를 처리하는 방식을 근본적으로 변경합니다.
3극 ATS: 전환된 상, 솔리드 중성선
3P ATS는 세 개의 활선 도체(L1, L2, L3)만 전환하고 중성선 도체는 솔리드 패스 스루 연결 두 전원 간에 연결합니다.
구성:
- 스위치: L1, L2, L3
- 패스 스루: 중성선 (N)
- 접지: 서비스 입구의 단일 본딩 지점
- 발전기: 중성선이 접지에 연결되지 않음 (플로팅 중성선)
중요한 제한 사항:
3P ATS를 사용하는 경우 발전기의 중성선은 발전기에서 접지에 연결되어서는 안 됩니다. 모든 중성선-접지 본딩은 유틸리티 서비스 입구에서만 발생합니다. 이렇게 하면 발전기가 유틸리티의 접지 기준을 공유하는 별도로 파생되지 않은 시스템이 생성됩니다. 솔리드 중성선이 있는 3P ATS의 위험:.
접지 루프 형성
- : 유틸리티 및 발전기 중성선이 솔리드 중성선 버스를 통해 연결되면 두 접지 시스템 간의 전압 차이로 인해 순환 전류가 생성됩니다. 이는 특히하이브리드 태양광-배터리 시스템 인버터가 DC 오프셋 전류를 도입할 수 있습니다. RCD/GFCI 비호환성.
- 누전 차단기 (RCCB): 상 및 중성선 도체 간의 전류 불균형을 측정합니다. 솔리드 중성선을 사용하면 고장 전류가 대체 경로를 통해 반환되어 오작동 또는 더 나쁜 경우 실제 접지 오류 시 트립 실패를 유발할 수 있습니다. 중성선 전위차.
- : 발전기 및 유틸리티의 접지 임피던스가 다른 경우(이동식 발전기 또는 임시 설치에서 일반적임) 전원이 차단된 소스가 중성선 버스를 통해 여전히 연결되어 있을 때 중성선이 위험한 전압으로 부동할 수 있습니다.접지 오류 릴레이 충돌.
- : 다음이 있는 시스템접지 오류 보호 두 소스 모두에서 전원이 차단된 소스의 중성선 경로를 통해 흐르는 잘못된 접지 오류 전류가 표시되어 보호 장치가 불필요하게 트립될 수 있습니다. 4극 ATS: 완전한 소스 격리.
4P ATS는 다음을 전환합니다.
네 개의 모든 도체 all four conductors: L1, L2, L3 및 중성선. 이는 전기적으로 절연된, 별도로 유도된 시스템을 생성합니다.
구성:
- 스위치: L1, L2, L3, N
- 패스 스루: 없음 (완전 절연)
- 접지: 각 소스에서 별도 접지
- 발전기: 발전기에서 중성선을 접지에 연결
4극 구성의 장점:
- 별도로 유도된 시스템 준수: 각 전원(유틸리티, 발전기, 태양광 인버터)은 자체 중성선-접지 본딩을 갖춘 독립적인 별도 유도 시스템이 됩니다. 이는 NEC Article 250.30 요구 사항을 충족하고 병렬 접지 경로를 제거합니다.
- 접지 루프 방지: 비활성 소스를 완전히 분리함으로써 서로 다른 접지 시스템 간에 순환 전류가 흐를 수 없습니다. 이는 특히 태양광 하이브리드 시스템에서 중요합니다. 여기서 인버터 기반 소스는 고조파 또는 DC 성분을 도입할 수 있습니다.
- RCD 보호 호환성: 각 소스의 보호 장치가 대체 소스의 접지 경로로부터의 간섭 없이 자체 고장 전류만 감지하므로 접지 오류 보호 장치가 올바르게 작동합니다.
- 전압 기준 안정성: 각 소스는 자체 안정적인 중성선 기준을 설정하여 소스 간의 중성선 전위차로 인한 전압 변동을 제거합니다.
VIOX 엔지니어링 권장 사항
하이브리드 태양광-배터리 시스템, 발전기 백업 설치 및 여러 전원을 사용하는 모든 애플리케이션의 경우 VIOX는 4극 자동 절체 스위치를 강력히 권장합니다.
한계 비용 증가(일반적으로 3극 장치보다 15-25%)는 접지 루프 문제, 불필요한 RCD 트립 및 중성선 전압 불균형으로 인한 잠재적인 장비 손상 제거에 비해 미미합니다. 2,000건 이상의 현장 테스트에서 태양광 결합기 상자 4P ATS 구성을 사용하는 시스템은 3P 구성에 비해 접지 관련 서비스 호출이 92% 적게 발생했습니다.
| 기능 | 3극 ATS | 4극 ATS |
|---|---|---|
| 전환되는 위상 | L1, L2, L3 | L1, L2, L3, N |
| 중립 핸들링 | 솔리드 패스 스루 | 전환됨 (절연됨) |
| 발전기 N-G 본드 | 제거해야 함 | 발전기에서 필요함 |
| 시스템 유형 | 별도로 유도되지 않음 | 별도로 유도됨 |
| 접지 루프 | 높은 위험 | 제거됨 |
| RCD 호환성 | 제한적 | 완전한 호환성 |
| 하이브리드 태양광 | 권장하지 않음 | 추천 |
| 비용 프리미엄 | 기본 가격 | +15-25% |
| NEC 규정 준수 | 신중한 설계 필요 | 자동 준수 |
분상 시스템: 북미 선택 함정
미국, 필리핀 및 대만에서 흔히 사용되는 분상 전력은 절체 스위치를 지정하는 많은 엔지니어에게 독특한 과제를 제시합니다.
분상 전력이란 무엇입니까?
분상 전력은 다음을 통해 제공됩니다. 120V/240V 센터 탭 변압기 2차 권선:
- L1 ~ 중성선: 120V
- L2 ~ 중성선: 120V
- L1 ~ L2: 240V
“단상”이라고 불리지만 분상 시스템에는 두 개의 활선 도체 (L1, L2)가 180° 위상차를 가지며 중성선 도체가 있습니다.
ATS 선택 함정
일반적인 오류: 분상 시스템에 대한 표준 2극 ATS 지정.
문제: 진정한 단상 시스템(활선 1개 + 중성선)용으로 설계된 표준 2P ATS는 활선이 2개인 분상 시스템을 제대로 처리할 수 없습니다. 전환해야 합니다. L1과 L2 모두, 하나만 전환하는 것이 아닙니다.
올바른 해결 방법:
- 3극 ATS 구성: 3P ATS를 사용하여 L1, L2 및 중성선을 전환합니다. 이는 분상 시스템을 두 개의 위상만 사용되는 3상 시스템처럼 취급합니다.
- 특수 분상 2P ATS: 일부 제조업체에서는 중성선을 통과시키면서 L1과 L2를 동시에 전환하는 특수 2P 스위치를 제공합니다. 그러나 이 스위치도 위에서 설명한 접지 루프 문제를 겪습니다.
분상 애플리케이션 요구 사항
북미 주거용 백업 전원 시스템(일반적인 200A 서비스)의 경우:
추천: 중성선 전환 기능이 있는 3극 ATS 나 4극 ATS (L1+L2+N+예비로 취급하는 경우)
이 구성은 다음과 같습니다.
- 핫 레그(L1, L2)를 독립적으로 전환합니다.
- 선택적으로 중성선을 전환할 수 있습니다(발전기 시스템에 권장).
- 120V(L1 또는 L2 ~ N) 및 240V(L1 ~ L2) 부하 모두의 적절한 작동을 허용합니다.
- 유틸리티와 발전기 중성선 간의 역류를 방지합니다.
중요한 배선 참고 사항: 분상을 3P 또는 4P ATS에 연결할 때:
- L1 → ATS 단자 1
- L2 → ATS 단자 2
- 단자 3 → 비워 두거나 중성선 전환에 사용
- N → 전용 중성선 단자(4P인 경우) 또는 솔리드 버스(3P인 경우)
이는 특히 다음의 경우에 중요합니다. EV 충전기 설치 레벨 2 충전을 위해 240V 분상 전원이 필요한 경우가 많습니다.
부하 균형 및 상 전압 안정성
3상 시스템의 불균형 부하는 ATS 성능 및 안정성에 직접적인 영향을 미치는 작동 문제를 일으킵니다.
3상 불균형의 물리학
완벽하게 균형 잡힌 3상 시스템에서 각 상은 동일한 전류(±10%)를 전달하고 중성선은 최소 전류(주로 고조파)를 전달합니다. 그러나 실제 설치에서는 다음과 같은 이유로 이러한 균형을 거의 달성하지 못합니다.
- 단상 부하 분배: 대부분의 상업용 및 주거용 부하는 단상입니다(조명, 사무 기기, 컴퓨터). 이러한 부하가 하나 또는 두 개의 상에 집중되면 상당한 불균형이 발생합니다.
- 모터 돌입 전류: 3상 모터 및 접촉기 시동 중에 높은 돌입 전류를 소비합니다. 시스템이 이미 불균형한 경우 이 과도 이벤트는 ATS 상 손실 또는 전압 불균형 보호를 트리거할 수 있습니다.
- 태양광 인버터 출력: 하이브리드 인버터 3상 시스템에서 특히 배터리 충전과 인버팅이 동시에 발생할 때 약간 불균형한 출력을 생성할 수 있습니다.
불균형이 ATS 작동에 미치는 영향
최신 자동 전환 스위치는 다음을 모니터링합니다. 전압 크기 및 위상각 모든 도체에서. 일반적인 ATS 전압 불균형 트립 설정:
- 상 간 전압 불균형: 평균에서 ±10%
- 상 손실 감지: 모든 상이 공칭 85% 미만으로 떨어짐
- 중성선 이동 감지: 중성선 전압이 상 전압의 10%를 초과함
실제 고장 시나리오:
부하 균형이 좋지 않은 415V 3상 시스템:
- L1: 95A(용량에 가까움)
- L2: 45A(경부하)
- L3: 60A(중간 부하)
시설에서 큰 3상 모터 (예: HVAC 압축기)를 시작하면 L1 전압이 380V로 떨어지고 L2 및 L3는 410V로 유지됩니다. ATS 컨트롤러는 이 7.3% 불균형을 잠재적인 상 손실로 해석하고 불필요하게 발전기로 전환하여 작동을 중단할 수 있습니다.
불균형 관련 ATS 트립 방지
엔지니어링 솔루션:
- 부하 분배 분석: 초기 설치 중에 피크 작동 시 각 상의 전류를 측정합니다. 재분배 단상 부하 L1, L2, L3에서 ±15% 균형을 달성합니다.
- 모터 소프트 스타터: 설치 소프트 스타트 컨트롤러 기동 시 돌입 전류 및 전압 강하를 줄이기 위해 대형 3상 모터에 사용합니다.
- 향상된 전압 불균형 허용 오차: ATS에서 트립 설정을 현장 조정할 수 있는 경우 전압 불균형 허용 오차를 10%에서 15%로 늘립니다(공급 품질이 허용되는 경우에만 해당). 공장 설정을 수정하기 전에 VIOX 기술 지원팀에 문의하십시오.
- 상 밸런싱 패널: 단상 부하가 주로 있는 시설의 경우 상 간에 부하를 동적으로 회전시키는 자동 상 밸런싱 배전 패널을 설치합니다.
- 발전기 용량 산정: 불균형 부하 시 전압 안정성을 유지하려면 백업 발전기 용량이 총 부하보다 최소 25% 더 커야 합니다. 용량이 부족한 발전기는 전압 불균형 문제를 증폭시킵니다.
전압 불균형으로 인해 ATS에서 빈번한 오작동 전환이 발생하는 경우 당사의 포괄적인 ATS 문제 해결 가이드 전압 모니터링, 릴레이 설정 및 CT 비율 검증 절차를 다룹니다.
추가 시스템 설계 고려 사항
ATS를 신규 또는 기존 배전 시스템에 통합할 때 다음과 같은 관련 구성 요소를 고려하십시오.
- 회로 차단기 협조: ATS 전환 작업 중 업스트림 및 다운스트림 보호 장치가 올바르게 협조되는지 확인합니다.
- 서지 보호: 스위칭 과도 현상으로부터 보호하기 위해 ATS의 유틸리티 및 발전기 측 모두에 Type 2 SPD를 설치합니다.
- 적절한 접지: 접지 전극 시스템이 별도로 파생된 시스템에 대한 코드 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.
- 배전 패널 선택: 패널 사양을 ATS 출력 정격 및 극 구성과 일치시킵니다.
빠른 참조: ATS 선택 매트릭스
| 응용 프로그램 | 전압 시스템 | 로드 유형 | 권장 ATS | 중요 고려 사항 |
|---|---|---|---|---|
| 주거용 백업 | 240V 단상 | 혼합 가구 | 2P (100-200A) | 표준 2극 적합 |
| RV/모바일 시스템 | 120/240V 분상 | 혼합 120V+240V | 3P 또는 4P (30-50A) | 두 개의 활성 라인을 모두 전환해야 함 |
| 소규모 상업용 | 240V 단상 | 사무실 + HVAC | 2P (200-400A) | 돌입 전류에 맞게 크기 조정 |
| 경공업 | 415V 3상 | 주로 모터 | 3P (100-400A) | 중성선 본드 위치 확인 |
| 하이브리드 태양광 | 415V 3상 | 인버터 + 그리드 | 4P (63-250A) | 접지 루프 방지 |
| 발전기 백업 | 400V 3상 | 중요 부하 | 4P (100-630A) | 별도로 파생된 시스템에 필요 |
| 데이터 센터 | 400V 3상 | UPS 시스템 | 4P (400-1000A) | 빠른 전환, 바이패스 기능 |
| 제조 | 415V 3상 | 중장비 | 4P (250-800A) | 부하 밸런싱 중요 |
FAQ: 일반적인 ATS 극 구성 질문
Q: 4선식 3상 시스템에 3극 ATS를 사용할 수 있습니까?
예, 하지만 견고한 중성선 연결을 유지하고 발전기 중성선이 접지에 연결되지 않았는지 확인하는 경우에만 가능합니다. 발전기는 별도로 파생되지 않은 시스템으로 작동해야 합니다. 그러나 하이브리드 태양광 시스템 및 RCD 보호 기능이 있는 설치의 경우 VIOX는 접지 루프 및 오작동 트립을 방지하기 위해 4극 구성을 권장합니다.
Q: 분상 시스템에 3극 전환 스위치가 필요한 이유는 무엇입니까?
분상 120/240V 시스템은 240V 부하에 적절히 전원을 공급하고 균형 잡힌 120V 회로를 유지하려면 두 개의 활선 도체(L1, L2)를 모두 전환해야 합니다. 표준 2극 스위치는 하나의 활선만 전환하므로 절반의 120V 회로와 모든 240V 부하에 전환 중 전원이 공급되지 않습니다. 분상용으로 구성된 3P ATS 또는 중성선 전환 기능이 있는 4P ATS를 사용하는 것이 좋습니다.
Q: 3극 ATS 시스템에서 발전기 중성선을 연결하면 어떻게 됩니까?
위험한 병렬 접지 경로가 생성됩니다. 상용 전원과 발전기 중성선이 모두 접지에 연결되고 솔리드 중성선 버스를 통해 연결되면 지락 전류가 두 경로 중 하나를 통해 되돌아갈 수 있습니다. 이는 NEC 250.20 요구 사항을 위반하고, 지락 보호 장치가 오작동하게 하며, 서로 다른 접지 전극 간에 순환 전류를 발생시킵니다. 3P ATS를 사용할 때는 항상 발전기 중성선-접지 연결을 제거하십시오.
Q: 시스템이 ATS 문제를 일으킬 만큼 불균형한지 어떻게 확인합니까?
다음을 사용하여 정상 작동 중 상 전류를 측정합니다. 클램프 미터. 다음 공식을 사용하여 불균형을 계산하십시오.
불균형 % = (평균으로부터의 최대 편차 / 평균 전류) × 100
불균형이 20%를 초과하면 단상 부하를 상 간에 재분배하거나 ATS 전압 불균형 트립 설정을 조정하십시오(허용되는 경우). 자세한 측정 절차는 당사 ATS 문제 해결 가이드 를 참조하십시오.
Q: 3극 ATS를 4극 구성으로 개조할 수 있습니까?
아닙니다. 기계적 구조와 접점 배열이 근본적으로 다릅니다. 3극 ATS는 3개의 전환 접점과 솔리드 중성선 버스 바를 가지고 있습니다. 4극 ATS는 4개의 독립적인 전환 접점을 가지고 있습니다. 업그레이드하려면 ATS 전체를 교체해야 합니다. VIOX는 중요한 애플리케이션을 위해 최소한의 가동 중지 시간으로 개조 서비스를 제공합니다. 현장 평가를 위해 기술 지원팀에 문의하십시오.
Q: 3P와 4P ATS 시스템에 다른 회로 차단기가 필요합니까?
업스트림 및 다운스트림 회로 차단기 은 ATS 극 구성과 일치해야 합니다. 3P ATS 시스템의 경우 3극을 사용하십시오. MCCB 나 차단기(일반적으로 "기중 차단기" 또는. 4P ATS 시스템의 경우 완전한 소스 격리를 유지하기 위해 4극 차단기를 사용하십시오. 이는 특히 태양광 설치 에서 DC 및 AC 시스템이 격리된 상태로 유지되어야 하는 경우에 중요합니다.
VIOX Electric 는 2008년부터 전 세계 산업 및 상업 고객에게 15,000개 이상의 자동 절환 스위치를 공급해 왔습니다. 당사의 엔지니어링 팀은 특수 ATS 구성이 필요한 프로젝트에 대해 무료 시스템 설계 검토를 제공합니다. 다음 주소로 기술 지원팀에 문의하십시오. [email protected] 또는 당사의 전체 ATS 제품 라인 에서 사양 및 도면을 확인하십시오.
