ALTS

왜 배우는가: ALTS는 배전선로 정전 시간을 줄이고 상용 전원과 예비 전원을 안전하게 전환하는 핵심 설비다. 배전계통 운영과 분산전원 연계 문제에서 반복해서 출제되는 개념이므로 정의와 적용 원리를 먼저 정리해야 한다.

출제 이력: 제124회 2교시 2번, 제104회 3교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

자동부하절환개폐기(ALTS)는 상용 전원이 정전되면 예비 전원 측으로 부하를 자동으로 옮겨 주는 개폐장치다. ALTS는 두 전원 중 정상 측 전원으로 부하를 자동 절환하는 개폐장치다.

핵심 키워드

• 자동부하절환개폐기(ALTS): 전원 상실 시 부하를 자동으로 다른 전원에 연결하는 장치
• 상용 전원: 한국전력 등 전력회사 계통에서 공급받는 주 전원
• 예비 전원: 상용 전원 정전 시 부하를 담당하는 백업 전원(다른 배전선로 또는 발전기)
• 무전압 확인: 한쪽 전원이 끊긴 상태를 확인한 뒤 절환하는 조건
• 병렬 투입 방지(인터록): 두 전원을 동시에 연결하지 않도록 하는 기계적·전기적 잠금
• 고장 구간 분리: 부하 측 고장 시 고장 구간을 떼어 내고 나머지 부하를 살리는 기능
• 절환 시간: 전원 상실 감지부터 예비 전원 투입까지 걸리는 시간
• 역송 방지: 예비 전원이 상용 계통으로 되돌려 보내지지 않도록 하는 것

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 ALTS는 "주 전원이 끊기면 자동으로 보조 전원에 바꿔 붙이는 스위치"다. 사람이 현장에서 수동으로 전환하던 일을 제어회로가 대신한다.

정식 정의는 다음과 같다. ALTS는 배전계통에서 두 개의 독립된 전원 중 한쪽이 정전되었을 때 자동으로 다른 쪽 전원으로 부하를 절환하는 개폐기이며, 전원 감시·절환 판단·개폐 동작을 한 장치 안에서 수행한다.

원리는 간단하다. 제어부가 두 전원의 전압을 감시하다가 사용 중인 전원의 전압이 일정 시간 이상 없으면 절환 조건을 판단한다. 판단이 맞으면 현재 전원을 개방하고 예비 전원을 투입한다. 이때 두 전원이 동시에 붙지 않도록 인터록을 둔다.

절환 과정에서 중요한 개념은 다음 세 가지다.

• 순차 절환: 먼저 열고 나서 나중에 닫는 방식으로, 병렬 접속을 원천적으로 막는다.
• 지연 시간: 순간 정전에 반응하지 않도록 일정 시간을 기다린다. 기준 시간은 설계 조건에 따라 정한다.
• 복구 후 복귀: 상용 전원이 회복되면 다시 원래 전원으로 돌아간다. 이때도 두 전원이 겹치지 않아야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

배전선로는 가공선로가 많아 낙뢰, 수목 접촉, 차량 충돌 등으로 자주 정전이 난다. 정전이 길어지면 고객 피해와 전기사업자의 신뢰도 저하가 함께 발생한다. 정전 시간을 줄이기 위해 두 개의 배전선로를 연결해 두고 한쪽이 끊기면 다른 쪽으로 넘기는 방식이 쓰인다.

사람이 수동으로 전환하면 현장 출동 시간만큼 정전이 길어진다. 이 문제를 해결하려고 ALTS처럼 자동으로 판단하고 절환하는 장치가 도입됐다. 이 장치는 정전 시간을 크게 줄이고 고객의 체감 신뢰도를 높인다.

분산전원이 늘어나면서 역송과 역전력 문제가 함께 중요해졌다. 예비 전원 측에 발전기나 분산전원이 있으면 상용 계통으로 전력이 되돌아갈 수 있다. 따라서 ALTS는 단순한 전환 장치를 넘어 계통 안전과 보호 협조를 함께 고려해야 하는 설비가 되었다.

실제 적용 기준 수치는 5절에서 다룬다. 이 절에서는 배경과 필요성의 골격만 이해하면 된다.

4. 구성요소·원리·절차

자동부하절환개폐기(ALTS)는 자동 부하 절환을 수행하는 개폐기로, 배전선로 사고나 정전 시 정상 전원 측 부하를 예비 전원 측으로 자동 전환해 정전 시간을 줄인다. 구성은 개폐기 본체, 전압·전류 검출부, 제어부, 조작 기구로 나뉜다.

표만으로는 원리가 드러나지 않으므로 아래에 설명을 덧붙인다. 제어부는 무전압 판정으로 상시 전원의 정전을 확인한 뒤 예비 전원을 투입한다. 절환 중 두 전원이 동시에 붙는 것을 막기 위해 개방 후 투입하는 순차 절환 방식을 기본으로 한다.

자동 절환은 상시 전원을 먼저 개방하고 예비 전원을 나중에 투입하는 순서를 지킨다

절차는 다음과 같다.

• 상시 전원의 전압을 상시 감시한다.
• 전압 소실을 확인하면 무전압 판정을 한다.
• 순간 정전을 걸러내도록 타이머 지연을 둔다. 지연 시간은 설계 조건에 따라 정한 값으로 설정한다.
• 상시 전원 측을 개방해 부하를 분리한다.
• 예비 전원 측을 투입해 부하에 전력을 공급한다.
• 상시 전원이 복전되면 안정화 지연 후 원래 전원으로 되돌린다.

복전 후 되돌림에는 별도 지연을 둔다. 이 지연은 설계 조건에 따라 정한 시간이며, 예비 전원의 불안정 전환을 막는 역할을 한다.

공식으로 정리하면 절환 지연 시간은 t_d = t_{\text{판정}} + t_{\text{대기}} 이다. 여기서 t_d는 절환 개시까지 걸리는 시간(s), t_{\text{판정}}은 무전압 판정 시간(s), t_{\text{대기}}는 설정된 타이머 지연(s)이다. 판정 시간이 짧을수록 정전 시간이 줄어든다.

인터록은 상시와 예비가 동시에 투입되지 않도록 하는 기계적·전기적 장치다. 절환 과정에서 두 전원의 병입을 막는 핵심 기능이다.

5. 관련 법령·기준·표준

대신 비상전원 절환 시설은 전기설비 기준에서 다음 원칙으로 정리된다. 상용전원과 비상전원이 상호 혼촉되지 않도록 배전반에 절환스위치를 두어야 한다. 비상전원에서 공급한 전력이 상용 계통으로 역송전되지 않도록 시설해야 한다. 이를 위해 비상전원은 정상운전상태에서는 상용전원측에 시설된 전로와 전기적으로 접속되지 않도록 시설해야 한다. 두 전원을 함께 쓰는 병렬운전은 전압, 주파수, 위상의 일치 조건을 만족하는 설비를 갖춰야 한다.

배전계통에 적용하는 기준값은 다음과 같다.

표의 지연 시간은 제어 장치의 설계 범위이며, 설비 용량과 계통 조건에 따라 달라진다. 실제 설계에서는 해당 전력회사 기술기준과 고시를 함께 확인해 적용한다.