Flicker란? 전압변동으로 조명이 깜빡이는 원리

Flicker란 반복적인 전압변동으로 조명의 밝기가 흔들리면서 사람이 깜빡임을 느끼는 전력품질 현상입니다. 부하전류와 계통 임피던스의 관계, Pst·Plt 평가와 발생 원인을 알아봅니다.

Flicker란 무엇이며 왜 발생할까?

Flicker(플리커)는 전원전압이 반복적으로 변하면서 조명의 광출력이 달라지고, 그 결과 사람이 밝기의 흔들림이나 깜빡임을 인지하는 현상을 의미합니다. 전압이 완전히 끊어지는 정전과는 다르며 전원이 계속 공급되는 상태에서도 발생할 수 있습니다. 실제 전력계통에는 Transformer, Cable, Busbar 등에 Resistance와 Reactance로 구성된 Impedance가 존재합니다. 따라서 큰 부하가 투입되거나 소비전력이 빠르게 변하면 부하전류도 달라지고 계통 임피던스에서 발생하는 Voltage Drop이 변하면서 공급전압이 흔들릴 수 있습니다. 이러한 전압변동이 조명에 전달되면 Lamp의 광출력이 변해 Flicker로 인식될 수 있습니다. 특히 반복적인 부하변화가 특정 빈도로 계속되면 작은 전압변동이라도 사람에게 불편하게 느껴질 수 있습니다. 따라서 Flicker는 단순히 조명기구 자체의 고장만을 의미하지 않으며 Voltage Fluctuation과 사람의 시각적 반응을 함께 고려하는 대표적인 Power Quality 문제입니다.

어떤 부하가 Flicker를 발생시키기 쉬울까?

Flicker는 소비전력이 짧은 시간 동안 크게 또는 반복적으로 변하는 부하에서 발생하기 쉽습니다. 대표적으로 Arc Furnace, Welding Machine, 대형 Motor, 압축기, 크레인과 같은 설비를 들 수 있습니다. 대형 유도전동기를 직접 기동하면 Starting Current가 크게 증가하고 Transformer와 Feeder의 Impedance에서 순간적인 전압강하가 발생합니다. 이러한 기동이 반복되면 주변 조명의 밝기가 일정한 주기로 변할 수 있습니다. 용접기와 전기로처럼 부하전류가 운전 중에도 빠르게 변하는 장비 역시 지속적인 Voltage Fluctuation을 만들 수 있습니다. 같은 부하라도 전원계통의 Short-circuit Capacity가 충분히 크고 Impedance가 낮으면 전압변동이 상대적으로 작아질 수 있습니다. 반대로 용량이 작은 Transformer나 긴 Cable을 통해 공급되는 약한 계통에서는 동일한 부하변화가 더 큰 전압변동으로 나타날 수 있습니다. 따라서 Flicker의 원인을 분석할 때는 문제의 부하뿐 아니라 전원용량과 Transformer %Z, 배선거리 및 계통구조를 함께 확인해야 합니다.

전압변동은 어떻게 조명의 깜빡임으로 나타날까?

조명기기는 공급전압을 전기에너지에서 빛으로 변환하므로 입력전압의 변화가 광출력 변화로 이어질 수 있습니다. 과거의 백열등은 필라멘트 온도가 전압에 따라 변하면서 밝기가 달라지는 특성이 있었고 이러한 특성을 기반으로 Flicker 평가방법이 발전했습니다. 현대의 LED 조명은 내부에 Driver Circuit을 사용하므로 전압변동에 대한 반응이 제품의 전원회로 설계에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 일부 LED Driver는 입력전압 변화에 대해 광출력을 안정적으로 유지하지만 설계나 운전조건에 따라 전압변동 또는 전원파형의 영향을 받아 눈에 보이는 깜빡임이 발생할 수도 있습니다. 또한 조명의 깜빡임은 전력계통의 Flicker뿐 아니라 LED Driver의 PWM, 정류회로와 전원 Ripple 등 조명기기 자체의 원인으로도 발생할 수 있습니다. 따라서 조명이 깜빡인다는 사실만으로 계통 전압변동을 단정해서는 안 되며 전압 Waveform과 RMS Trend를 실제로 측정해 원인을 구분해야 합니다.

Pst와 Plt는 Flicker를 어떻게 평가할까?

전력품질에서는 Flicker의 정도를 단순한 전압변동률 하나만으로 평가하지 않고 사람의 시각적 민감도를 고려한 지표를 사용합니다. 대표적인 지표가 Pst(Short-term Flicker Severity)와 Plt(Long-term Flicker Severity)입니다. Pst는 일정한 단기 측정기간 동안 발생한 Flicker의 심각도를 나타내며 Plt는 여러 Pst 값을 이용하여 장시간의 Flicker 수준을 평가합니다. 일반적으로 Plt는 연속된 Pst 값들을 단순 산술평균하는 것이 아니라 규정된 방식으로 결합하여 계산합니다. 이러한 지표는 Flickermeter 기능을 지원하는 Power Quality Analyzer 등을 통해 측정할 수 있습니다. 중요한 점은 순간적으로 전압이 몇 V 변했는지만 보는 것이 아니라 변동의 크기와 반복빈도, 지속시간 등을 종합적으로 평가한다는 것입니다. 따라서 생산라인에서 조명 깜빡임이 반복된다면 Voltage Trend와 Pst·Plt를 기록하고 대형 Motor나 용접기 등의 운전시간과 비교하면 Flicker 발생원을 찾는 데 도움이 됩니다.

Flicker를 줄이려면 어떤 방법을 사용할까?

Flicker를 줄이려면 먼저 반복적인 전압변동을 발생시키는 부하와 계통의 취약지점을 확인해야 합니다. 대형 Motor의 기동이 원인이라면 부하특성에 따라 Soft Starter나 VFD를 적용하여 Starting Current를 제한하는 방법을 검토할 수 있습니다. 대형 변동부하를 민감한 조명이나 제어설비와 다른 Feeder로 분리하거나 Transformer 용량과 배전계통을 보강하여 Source Impedance를 낮추는 방법도 고려할 수 있습니다. Arc Furnace와 같이 무효전력 변동이 큰 설비에서는 계통특성에 따라 SVC(Static Var Compensator)나 STATCOM과 같은 빠른 무효전력 보상설비가 사용되기도 합니다. Cable의 단면적과 길이, 접속부의 이상도 함께 확인해야 합니다. 무엇보다 Flicker 대책은 조명만 교체하는 방식보다 Power Quality Analyzer를 이용해 전압·전류와 Pst·Plt를 측정하고 실제 원인을 파악한 뒤 적용해야 효과적입니다. 결국 Flicker는 부하변화와 계통 임피던스가 만들어낸 반복적인 전압변동이 조명의 밝기 변화로 나타나는 전력품질 현상입니다.