순시전압강하(Voltage Sag) 원인 및 대책

왜 배우는가: 순시전압강하는 전력품질 문제 중 가장 자주 발생하며, 짧은 시간의 전압 저하만으로도 PLC·인버터·접촉기가 정지해 공정 손실이 크다. 그래서 기술사 시험에서 원인, 영향, 대책을 묶어 반복해서 묻는다.

출제 이력: 제138회 2교시 2번, 제109회 3교시 1번, 제100회 1교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

순시전압강하는 계통 전압의 실효값이 정상 전압의 10~90% 범위로 짧은 시간 낮아졌다가 회복되는 현상으로, 지속시간은 약 0.5사이클에서 1분 이하이며, 잔류 전압이 10% 미만이면 순간정전으로 구분한다.

핵심 키워드

• 순시전압강하(Voltage Sag): 실효값이 일시적으로 낮아지는 전력품질 현상
• 실효값(RMS): 전압 변동 크기를 판정하는 기준값
• 지속시간: 0.5사이클 초과 1분 이하가 일반적 구간
• 고장전류: 지락·단락에서 흘러 계통 임피던스 전압강하를 만드는 전류
• 돌입전류: 전동기 기동, 변압기 투입 때 흐르는 큰 전류
• 민감 부하: PLC, 인버터, 접촉기처럼 전압 저하에 빠르게 반응하는 설비
• UPS·DVR: 수용가 측 전압 강하 대책 장치

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 전기가 잠깐 약해졌다가 다시 정상이 되는 현상이다. 정전은 아니지만 기계가 멈출 만큼 전압이 떨어진다.

정식으로는 전압의 실효값이 공칭 전압의 10~90% 범위로 감소하고, 그 상태가 0.5사이클 초과 1분 이하 동안 지속된 뒤 회복되는 현상이다. 이 정의는 IEEE 1159의 전압 변동 분류와 일치한다. 1분을 넘으면 장기 전압 저하 또는 정전으로 구분한다.

순시전압강하 크기(Magnitude)는 공칭 전압 대비 잔류 전압의 비율로 나타낸다. 지속시간(Duration)은 전압이 기준 이하로 머문 시간이다. 두 값을 함께 써야 설비 내성과 비교할 수 있다.

강하 깊이(Depth)는 강하 중 최소 실효 전압과 기준 전압의 차이다. 깊이가 클수록 민감 부하가 먼저 트립한다.

고장점 거리가 가까울수록 강하가 크다. 고장 임피던스가 작을수록, 고장 형태가 3상 단락일수록 잔류 전압이 낮아진다.

3. 등장 배경과 필요성

산업 설비는 마이크로프로세서와 인버터 중심으로 바뀌면서 전압 변동에 민감해졌다. 과거 전동기 중심 부하는 짧은 저하를 견뎠지만, 현재는 제어 회로가 수 밀리초 저하에도 리셋되는 경우가 많다.

계통 측에서는 고장 제거 시간 단축, 재폐로 협조, 선로 보강으로 강하를 줄여 왔다. 그러나 송·배전선 고장을 완전히 없애는 것은 기술과 비용 면에서 불가능하다. 따라서 수용가가 설비 중요도에 따라 내성을 확보하는 것이 필요하다.

이 때문에 순시전압강하는 계통 운영과 수용가 설계가 함께 다루는 주제가 되었다. 원인을 정확히 알아야 계통 대책과 수용가 대책을 구분해 선택할 수 있다.

4. 구성요소·원리·절차

순시전압강하(Voltage Sag)는 계통에서 고장전류나 돌입전류가 흐를 때 계통 임피던스에 의해 발생한다. 강하의 크기와 지속시간은 발생 위치, 고장 종류, 계통 구성, 보호장치 차단시간의 함수다. 따라서 원인과 영향을 함께 이해해야 대책을 고를 수 있다.