발전기 운전 중 전압·주파수가 흔들리는 원인은?

핵심 답변

발전기는 같은 용량의 변압기보다 순간적으로 낼 수 있는 전류가 작고 내부 리액턴스가 커서, 큰 부하가 한꺼번에 걸리면 전압과 주파수가 크게 출렁입니다. 가장 흔한 원인은 여러 전동기가 동시에 다시 기동하면서 큰 기동 전류가 흘러 전압이 크게 떨어지는 경우이고, 부하가 갑자기 걸리거나 끊길 때 엔진 회전수가 잠시 바뀌어 주파수가 흔들리는 것도 같은 원리입니다. UPS·인버터 같은 비선형 부하는 발전기의 낮은 단락용량 때문에 전압 파형을 크게 일그러뜨리고, 무부하 상태의 발전기에 역률 개선 콘덴서가 붙어 있으면 자기여자로 과전압이 생길 수 있습니다. 대책은 큰 부하를 순서대로 나눠 넣고, 발전기 운전 중에는 역률 개선 콘덴서를 분리하며, 비선형 부하가 많으면 필터나 발전기 용량을 검토하는 것입니다.

원리 이해

해외 제조사 기술 가이드는 발전기가 과도 상태에서 정격의 약 3~5배 전류만 낼 수 있는 반면 전동기는 기동 때 약 6배 전류를 2~20초 동안 흡수하므로, 전동기 합계가 크면 동시 기동 때 발전기의 과도·초과도 리액턴스 때문에 20~30% 수준의 큰 전압 강하가 생겨 전동기가 기동하지 못하거나 기동 시간이 길어져 과열되고 열동 보호가 동작할 수 있다고 설명합니다. 예로 130 kVA 발전기에 45 kW 전동기를 동시에 기동하면 모선 전압 강하가 약 55%로 견딜 수 없고, 20 kW면 약 10%로 견딜 만한 수준이라고 계산합니다^[1].

같은 가이드는 무부하 발전기에 콘덴서 뱅크가 연결되면 자기여자로 과전압이 커질 수 있어 역률 개선 콘덴서를 분리해야 하고, 비선형 부하는 발전기의 낮은 단락 전력 때문에 큰 전압 왜형을 만들 수 있으며, UPS와 발전기를 함께 쓸 때는 정류기의 점진 기동과 필터·발전기 용량을 검토하라고 정리합니다^[1].

KEC 244는 비상용 예비전원의 자동 전원공급을 절환 시간에 따라 분류하고, 상용 전원과 병렬운전되지 않도록 격리 조치를 하도록 정합니다(244.1.2·244.2.1)^[2].

무부하 시험만으로는 모른다

정기 시험을 발전기만 돌려 보는 무부하 운전으로 끝내면, 실제 정전 때 부하가 한꺼번에 걸리는 상황의 전압 강하와 주파수 출렁임을 확인할 수 없습니다. 가능하면 실제 비상 부하를 순서대로 걸어 보는 부하 시험으로 기동 순서와 전압 회복을 확인하고, 그 결과를 다음 시험의 기준으로 기록해 두는 것이 좋습니다.

원인과 대책

점검 순서

1. 관리자 발전기 운전 기록에서 흔들림이 생긴 시각과 그때 투입된 부하를 정리합니다.
2. 관리자 발전기 운전 중에 자동으로 다시 기동하는 전동기 목록과 기동 순서를 확인합니다.
3. 자격자 발전기 운전 시 역률 개선 콘덴서가 분리되는지 확인하고, 필요하면 분리 회로를 구성합니다.
4. 자격자 큰 부하에 시간차 기동이나 소프트 스타터를 적용하고, 시운전으로 전압 강하를 확인합니다.
5. 자격자 비선형 부하가 많으면 고조파 측정 후 필터·발전기 용량을 검토합니다.

하지 말아야 할 것

• 발전기 전환과 동시에 모든 부하를 한꺼번에 투입하지 마세요.
• 발전기 운전 중 역률 개선 콘덴서를 그대로 연결해 두지 마세요.
• 전압이 흔들린다고 조속기·전압조정기 설정을 임의로 바꾸지 마세요.

관련 기준과 근거

• 발전기 과도 전류·전동기 동시 기동 전압 강하(130 kVA 예), 콘덴서 자기여자, 비선형 부하 — 제조사 기술 가이드^[1]
• KEC 244.1.2 절환 시간 분류, 244.2.1 상용 전원과의 병렬운전 방지^[2]

계산이 필요하면

전동기마다 정격전류와 기동전류를 구해 발전기 정격전류와 비교해 보세요.

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