[발송배전기술사 실전문제해설] [문제08] BATTERY의 종류 및 특징,운영시 고려할 사항에 관하여 설명하라.

출처 - 자동차 산업전문 포털

 

본 글은 신들의 정원 – 강화풀밭농원 (최진만 기술사)에게서 가져왔음을 알린다.

 

[문08] BATTERY의 종류 및 특징,운영시 고려할 사항에 관하여 설명하라.

 

♣ 축전지에 관한 사항을 포괄적으로 다루었다. 각 항목별 별문항으로 출제가 가능한 부문이다.

 

1. 종  류

 

축전지는 일반적으로 연축전지와 알카리 축전지로 구분되고 있으나 광의의 Battery는 다음과 같이 분류될수 있다.

 

        

 

 1-1. 연축전지

  - 내부구조상 분류: 클레드식,페이스트식,고율 방전용 페이스트식

  - 외부구조상 분류: 벤트형,시일형

 

♣ 연축전지의 방전율은 일반적으로 10시간 방전율로 하고 장시간방전에 적합하다. 그러나 비상용조명장치등에 쓰이는 고율방전용 페이스트식 연축전지는 5시간 방전율이 쓰이고 있다. Cell당 2V를 기준한다.

 

 1-2. 알카리축전지

   - 내부구조상 분류: 포켙식,소결식

　 - 외부구조상 분류: 벤트형,시일형1종,2종

♣ 알카리축전지의 방전율은 5시간율인데 연축전지보다 급방전에 적합하다. 또한 AHH형에 대하여는 1시간율을 쓰고있다.수명은 연축전지보다 길어 약 12～15년 정도이며 Cell당 1.2V이다.

 

2. BATTERY의 특징

 

- BATTERY는 독립전원으로 상용전원이 없는 어떠한 곳에서도 안정된 전원으로 사용할수 있다. 주요용도는 전기기차,선박,비행기등 광범위하게 사용된다.

- 대용량의 전류를 방전시킬수 있어 대용량의 엔진이나 장치 가동전원으로 사용가능하다.

- 필요시 마다 수시로 전원공급이 가능하여 순간정전도 허용될수 없는 중요시설의 상용 무정전 전원으로 사용할수 있다.

- 순수한 직류전원으로 교류전원이 포함하는 Ripple전류 또는 Pulse전류를 피해야 하는 통신용,제어용 전원에 최적이다.

- 안전하고 소음이 없는 전원이다.

- 재충전이 가능하여 장기간 사용할수 있으므로 경제적이다.

- 유지보수,점검이 간편하다. 간단한 구조로 고장이 거의 없고 견고하다.

 

3. 축전지의 선정

 

 3-1. 성능,용도면에서의 선택

각 축전지의 형식과 특징에 따라 축전지에서 전력을 공급하는 부하의 크기와 조건에 적합한 기종을 선택하면 된다.

  - 방재설비용

각종 법률에서 정하는 방재용 부하의 동작시간이 대부분 30분이내의 사용범위로 다음과 같이 선정한다.

     ㉠ 연축전지는 고율방전용 페이스트식 축전지(HS)

     ㉡ 알카리축전기는 포켙식축전기가 일반적으로 사용

  - 자가용발전기 시동용

발전기의 시동용 전원은 단시간 대전류를 요구하는 부하임으로 알카리 축전지가 사용되는데 AH,AHH형을 적용한다.

 

 3-2. 보수관리상 선택

보수관리를 충분히할 수 없는 경우 시일형 알카리축전지를 사용하며 충분한 관리가 가능한 경우 벤트형 연축전지를 사용한다.

 

 3-3. Cell수의 선택

일반적으로 100볼트계의 경우 연축전지는 52～55개,알카리 축전지에서는 80～90Cell이 사용된다.또한 방재용 축전지에는 연축전지 54Cell, 알카리축전지 89Cell이 사용된다.

 

 3-4. 기타

일반적으로 알카리 축전지는 연축전지보다 급방전에 적합하며 유지보수면에서 연축전지보다 간편하다.

 

4. 축전지의 장단점 비교

 

 4-1.연축전지와 비교한 알카리축전지의 장점

  - 과충전,과방전에 견디며 전기적강도가 뛰어나고 수명이 길다.

  - 설치면적이 적어도 된다.

  - 전압변동에 강하다.

  - 순간전류를 크게잡을 수 있다.

  - 고율방전에 의한 용량감소가 적다.

  - 진동충격에 따른 기계적 강도가 강하다.

  - 알카리용액이기 때문에 철강재등의 부식이 적다.

♣ 따라서 알카리전지는 장기간 무보수화 할수 있으며 정류기와 함께 조립한 큐비클형 직류전원장치에 적합하다.

 

 4-2. 알카리전지의 채용이 적당한 경우

  - 무인변전소등에서 유지보수의 용이성이 요구되는 경우

  - 소형경량을 우선으로 하는 경우

  - 고율방전에 의한 용량감소를 적게 하고자 하는 경우

 

 4-3. 연축전지가 유리한 경우

  - 대용량의 것이 필요한 경우

  - 고전압이 필요한 경우

  - 안정된 성능이 필요한 경우

  - AH당 Cost가 저렴해야 하는 경우

 

5. 설치장소

 

 5-1. 법률로서 정한 장소

  건축법 : 내화구획실

  소방법 : 전용의 불연구획실에 설치하여야 한다.

 

 5-2. 유지,보수측면의 장소

  - 큐비클에 설치한 것은 옥외,옥상,기계실에 설치 가능.

  - 수변전실등의 관련실 근처로하고 보수점검이 편리한 장소

 

 5-3. 축전지실의 환경에 적합한 장소

  - 직사일광이 닿지않는 장소로서 벽면은 내산또는 내알카리성 도장실시

  - 충분한 환기가 가능한 장소

    연축전지의 경우 수소가스가 발생하게 되므로 화염에 의한 폭팔우려가

    있으므로 충분히 환기가 가능한 장소를 선정한다.

  - 먼지등이 없는 청결유지(누설전류 예방)

 

6. 충전방식

 

 6-1. 균등충전

균등충전은 2～3개월에 한번씩 행해져야 하는 충전방식으로 축전지를 장시간 사용하게 되는 경우 단위축전지의 전해액 비중과 단자전압이 서로 다르게 되므로 단위 축전지간의 불균형을 해소하기 위하여 실시되는 충전방식이다.

    - 충전시간 : 10～12 시간

　 - 충전전압

　　․ 연축전지      :  2.4 ～ 2.5 V/CELL

　　․ 알카리 축전지 : 1.45 ～ 1.5 V/CELL

 

 6-2. Floating Charge(부동충전)

 

  ① 구    성

 

 

 

                          

 

 

         정상시：　b = e + 자기방전보충분

         정전시：　d = e 　　　　　　　

 

 

  ② 동작설명

정상상태에서는 부하전류를 언제나 정류기에서 공급하며 축전지는 자기방전을 보충하기 위해 적은 전류만을 충전한다. 정류기에는 전류제한회로가 부착되어 있어 짧은 시간에 큰전류가 필요시 축전지에서 부하전류의 일부를 분담하게 되며 이때는 분담부하 방전분만큼 정류기에서 충전전류를 축전지에 공급한다. 그러나 외부전원이 정전되는 경우에는 축전지에서 부하전류를 전량공급하게 되고 외부전원이 복구되는 경우 방전분을 충전기로 재충전하게 된다.

 

  ③ 특    징

상시 안정된 전력공급이 가능하고 축전지는 과충전이나 부족충전 없이 상시최적전압을 유지하게 되어 수명특성이 매우 좋아진다.또한 축전지와 정류기의 용량을 작게할수 있다.

 

                   ♣   본방식은 무정전전원장치(UPS)로서 사용될수 있다.

　                    　U․P․S : Uninterruptible Power Supply

 

 6-3. 정전류 충전

충전이 끝나는 시점에서 과충전 경향이 나타나게 되어 통상 사용치 않는다. 주요용도는 초기충전,용량시험,특성시험등에 사용한다.

 

 6-4. 정전압 충전

충전초기에 충전전류가 크므로 충전기 용량이 크게 소요되며 초기에 급속한 온도상승으로 수명특성에 영향을 준다. 주요용도는 급속한 충전이 필요한 곳이나 전기차 등에 사용한다.

 

 6-5. Quasi정전압 충전

본 방식은 충전초기에 축전지에 인가되는 정전압을 제한하기 위하여 전류제한용 저항을 삽입하여 충전하는 방식으로 통상 축전지의 충전전류가 급속하게 상승되는 Point(2.4V)를 감지하여 Timer를 동작시키는 방식이다.

 

 6-6. 정전압 정전류 충전

정전압 충전방식과 병행하여 최대 충전전류를 제한하는 방식으로 초기충전시 일정한 큰전류로 충전하고 가스발생전압에 도달하면 충전전류를 서서히 감소시킨다.

 

 6-7. Trickle 충전(細流충전)

언제나 완전한 충전상태에 있도록 축전지에 항상 적은량의 전류가 흐르게 하므로서 자기방전에 의한 축전지의 용량손실을 보충하는 방식이다. 이는 축전지를 충전시키는데 장기간의 시간을 요하므로 제한된 범위에서 사용되고 소형밀봉형 충전지나 계속방전을 요하지 않는 축전지에 사용되고 있다.

 

 6-8. Step충전

전류를 2～3단계로 변화시켜 가면서 정전압 충전 또는 Quasi 충전을 행하는 방식으로 급속충전에 적합하다.

 

 

[ 문제 예상 ] :    아래문을 인용하여  80%이상 정리가 가능하다. ① 수전설비에 BATTERY를 설치할 경우 적합한 BATTERY의 종류를 선정하여 그 이유를 설명하고 설치장소의 건축상 고려사항을 설명하라 ② BATTERY를 이용한 무정전 전원장치의 구성과 동작을 설명하라. ③ BATTERY 충전방식의 종류와 각각의 특징에 관하여 설명하라 ④ BATTERY의 종류와 각각의 특징을 비교하여 설명하라.

[용어] 분극작용 Polarization

전해시의 생성물로 인하여 극이 생기는 것을 분극현상이라 한다.이는 전극에 석출된 물질이 다시 이온이 되려는 경향 때문에 역기전력을 일으키므로 단자전압을 저하시킨다. 전지의 분극작용은 양극에서 석출하는 수소에 의한 것이 많기 때문에　復極劑로서 초산,중크롬산염,이산화망간,산화동등이 사용된다.

 

[용어] 설폐이션 Sulphation

연축전지는 방전상태로 오랜기간 방치하면 극판상에 황산연의 미립자가 응집하여 비교적 큰결정의 백색 피복물 즉 백색 황산연(불활성)으로 된다. 이러한 현상을 Sulphation이라 한다. 이 백색 피복물은 부도체이므로 작용물질의 면적이 감소하게 되어 전지의 용량이 감소한다. 또한 작용물질을 탈락시켜 전지의 수명이 단축된다.

이 현상은 극간이 백색으로 변하는 동시에 내부저항이 대단히 증가하므로 충전에 있어서는 전해액의 온도상승이 많고 황산의 비중상승이 낮으며 가스발생이 심하다. 발생후 대책으로는

  - 가벼운 증세의 경우 과충전 실시

  - 심한경우 희류산 또는 중성유산염 중에서 장시간 충전하여 제거한다.