전기기사 파헤치기 - 플리커현상(원인, 영향, 해결방법)

전기기사 공부

 플리커 현상은 전기 조명에서 빛의 강도가 불규칙하게 변동하여 발생하는 시각적 현상을 말합니다. 이는 주로 전력 공급의 전압 변동에 의해 발생하며, 사용자에게 불편함을 주고, 장기적으로는 시각적 피로나 불편함을 유발할 수 있습니다. 플리커 현상의 이론적 기반, 원인, 영향, 그리고 이를 줄이기 위한 방법에 대해 자세히 설명하겠습니다. 플리커 현상의 이론적 기반은 주로 전력 품질과 관련된 전압 변동에 있습니다. 전압의 불안정한 변동이 조명 기기에 공급되는 전력에 영향을 주면, 빛의 강도가 변화하여 플리커 현상이 발생합니다.

 

목차

• 1. 플리커 현상의 원인
• 2. 플리커 현상의 영향
• 3. 플리커 현상의 방지대책

 

1. 플리커 현상의 원인

 

1. 전력망 내 전압 변동

• 대규모 전력 사용자의 영향: 특정 시간에 공장과 같은 대규모 전력 사용자가 전력망에 연결되거나 해제될 때, 전력 수요의 급격한 변화가 발생할 수 있습니다. 이는 전체 전력망의 전압 안정성에 영향을 미치며, 결과적으로 조명에서 플리커 현상을 유발할 수 있습니다.
• 가변 부하의 변동: 특정 산업 공정에서 사용되는 대형 기계나 장비는 가동 중에 전력 소모량이 크게 변할 수 있습니다. 이러한 변동은 전력망의 전압을 불안정하게 만들어, 조명 장치에서 플리커 현상을 일으키는 원인이 될 수 있습니다.

2. 가변 부하

• 가정용 가전제품: 에어컨, 냉장고, 히터 등과 같은 가정용 가전제품의 가동 및 정지는 전력망의 부하 변동을 일으킵니다. 이러한 소규모 변동이 빈번하게 발생하면 전압 레벨에 미세한 변화를 유발하여 플리커 현상을 일으킬 수 있습니다.
• 산업 장비: 산업용 전동기, 용접기, 그리고 다른 고전력 장비는 작동 중에 전류 사용량이 급격히 변할 수 있습니다. 이러한 장비는 전력망에 순간적인 전압 변동을 일으킬 수 있으며, 이는 넓은 지역에 걸쳐 플리커 현상을 발생시킬 수 있습니다.

3. 전력 품질 문제

• 고조파: 전력 시스템 내의 전자 장비에서 발생하는 고조파는 전압과 전류 파형을 왜곡시킵니다. 이 왜곡은 조명 장치의 정상적인 작동을 방해하여 플리커 현상을 일으킬 수 있습니다.
• 전압 불균형: 3상 전력 시스템에서 각 상간의 전압 불균형은 조명 장치의 효율성과 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 전압 불균형은 조명에서의 빛의 강도 변동을 초래하여 플리커 현상을 유발할 수 있습니다.

4. 전기적 간섭

• 전기적 간섭: 인근 전력선, 무선 통신 장비, 혹은 다른 전자 장비로부터 발생하는 전기적 간섭도 조명 장치에 영향을 줄 수 있으며, 이는 플리커 현상을 일으킬 수 있습니다. 특히, 고전압 전력선 근처에서 운영되는 조명 장치는 이러한 간섭에 더 민감할 수 있습니다.

5. 조명 장치의 특성

• 조명 기술의 차이: 일부 조명 기술, 특히 전통적인 형광등이나 할로겐 램프는 전압 변동에 민감할 수 있습니다. 반면, 최신 LED 조명은 내부적으로 전압 변동을 보다 효과적으로 관리할 수 있는 기술을 갖추고 있어 플리커 현상이 덜 발생합니다.

 

2. 플리커 현상의 영향

 

시각적 불편함과 피로

• 집중력 저하: 플리커 현상은 사람의 시각적 집중력을 저하시킬 수 있습니다. 빛의 강도가 지속적으로 변동하면, 뇌가 이를 처리하기 위해 추가적인 노력을 해야 하며, 이는 집중력 감소로 이어질 수 있습니다.
• 시각적 피로: 장시간 동안 플리커 현상에 노출될 경우, 사용자는 시각적 피로를 경험할 수 있습니다. 이는 눈의 긴장과 불편함을 초래하며, 장기적으로는 시력 문제로 발전할 수도 있습니다.

작업 효율 감소

• 업무 성능 저하: 사무실이나 산업 현장에서의 작업 효율은 적절한 조명 조건에 크게 의존합니다. 플리커 현상은 업무 수행 능력을 저하시키며, 이는 전반적인 작업 효율 감소로 이어질 수 있습니다.
• 오류 발생률 증가: 시각적 집중력 저하와 피로는 작업 중 오류 발생률을 증가시킬 수 있습니다. 특히, 높은 정밀도를 요구하는 작업에서 플리커 현상은 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.

건강 문제

• 두통 및 편두통: 플리커 현상에 지속적으로 노출되는 경우, 일부 사용자는 두통이나 편두통을 경험할 수 있습니다. 이는 조명의 불안정한 빛 때문에 발생하는 신경계의 스트레스 때문입니다.
• 스트레스 및 불안 증가: 조명의 플리커 현상은 사용자의 스트레스 수준을 증가시킬 수 있으며, 이는 불안감이나 심리적 불편함으로 이어질 수 있습니다.
• 극히 드문 경우의 발작: 매우 드문 경우이지만, 특정 빈도의 깜박임은 광선 과민성 발작을 유발할 수 있습니다. 이는 주로 광과민성을 가진 개인에게 영향을 미치며, 적절한 예방 조치가 필요합니다.

사회적 및 경제적 영향

• 생산성 저하: 업무 환경에서 플리커 현상으로 인한 집중력 저하와 작업 효율 감소는 기업의 생산성에 부정적인 영향을 미칩니다.
• 건강 문제로 인한 비용: 플리커 현상에 의해 유발된 건강 문제는 개인의 의료 비용 증가로 이어질 수 있으며, 기업에게는 직원의 건강 관리 비용 및 결근으로 인한 추가 비용이 발생할 수 있습니다.

플리커 현상은 단순히 불편함을 넘어서 사용자의 건강과 안전, 그리고 업무 환경의 효율성에까지 영향을 미칠 수 있는 중요한 문제입니다. 따라서 전력 공급의 질을 개선하고, 플리커 현상을 최소화할 수 있는 조명 기술의 선택과 적용은 매우 중요합니다. 전기기사와 관련있는 내용은 아니지만, 플리커 현상의 영향에 대해서도 알아봤습니다.

 

3. 플리커 현상의 방지대책

 

전력 품질 개선

1. 전압 안정화 장치의 설치: 전압 안정화 장치나 AVR(Automatic Voltage Regulator)를 설치하여 전력 공급의 전압 변동을 최소화합니다. 이 장치들은 전압의 급격한 상승이나 하락을 자동으로 조정하여 안정된 전압을 조명 시스템에 공급합니다.
2. 고조파 필터 사용: 고조파는 전압과 전류 파형의 왜곡을 초래하여 플리커 현상을 유발할 수 있습니다. 고조파 필터나 전력 품질 조정 장치를 설치하여 이러한 왜곡을 줄임으로써 조명의 플리커를 감소시킬 수 있습니다.
3. 전력 요인 보정: 전력 요인(Power Factor)이 낮은 시스템은 불필요한 전력 손실과 전압 변동을 초래할 수 있습니다. 콘덴서 뱅크나 전력 요인 보정 장치를 사용하여 전력 요인을 개선하면 전력망의 효율성을 높이고 플리커 현상을 줄일 수 있습니다.

조명 기술의 선택 및 최적화

1. LED 조명으로 전환: 최신 LED 조명은 내부 드라이버를 통해 전압 변동에 대한 내성이 뛰어납니다. 이 드라이버들은 전력 공급의 미세한 변동을 조정하여 조명의 출력을 일정하게 유지하므로, 플리커 현상을 크게 감소시킵니다.
2. 품질이 좋은 조명 제품 선택: 모든 LED가 동일하게 설계된 것은 아니므로, 플리커를 최소화하기 위해 설계된 고품질의 조명 제품을 선택하는 것이 중요합니다. 일부 LED 제품은 저가형 드라이버를 사용하는 경우가 있어, 이는 플리커 현상을 악화시킬 수 있습니다.
3. 조명 제어 시스템 사용: 디밍 가능한 조명 시스템과 함께 고품질의 조명 제어 장치를 사용하면, 조명의 밝기를 안정적으로 제어할 수 있습니다. 고품질의 디머는 조명의 전력 공급을 정밀하게 조절하여 플리커를 줄입니다.

전기 설비의 관리

1. 부하 관리: 전력망 내에서 대규모 전력 사용자의 부하 변동을 관리하고, 가능한 한 전력망의 전압을 안정시키는 전략을 개발합니다. 이를 위해 전력 사용 시간대를 조정하거나 부하 조절 장치를 사용할 수 있습니다.
2. 적절한 전기 설계: 전기 설계 단계에서부터 플리커 현상을 최소화할 수 있도록 설계하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 조명 회로를 분리하여 전력망의 다른 부하 변동으로부터 영향을 받지 않도록 할 수 있습니다.
3. 정기적인 전력 품질 모니터링: 전력 품질을 정기적으로 모니터링하고, 전압 변동, 고조파 수준, 전력 요인 등을 분석하여 플리커의 원인을 식별하고 개선할 수 있습니다.

플리커 현상을 해결하는 것은 전력 시스템의 복잡성과 다양한 요인들을 고려하는 포괄적인 접근 방식을 요구합니다. 이러한 해결책들을 통합적으로 적용함으로써, 플리커 현상을 효과적으로 감소시키고 보다 안정적이고 쾌적한 조명 환경을 제공할 수 있습니다.

 

이상으로 플리커 현상에 대해 알아보았습니다. 전력공학을 공부하면서 다음의 글도 참고하시면 좋습니다.

 

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