전동기 기동 전압강하

정의와 핵심

전동기 기동 전압강하는 기동전류가 전원 임피던스를 통과하면서 모선 전압이 순간적으로 낮아지는 현상이다.

같은 모선에 연결된 제어기기나 조명은 전압이 떨어지면 오동작하거나 리셋될 수 있다.

이 계산 문제는 기술사 시험에 반복해서 출제된다.

직입기동의 구조

전동기를 켜는 순간에는 회전하지 않아 정격의 여러 배에 해당하는 큰 전류가 흐른다.

이 전류가 발전기, 변압기, 배선의 임피던스를 지나면서 그 임피던스만큼 전압이 떨어진다.

같은 모선에 붙은 기기는 그만큼 낮은 전압을 받는다.

계산 절차

계산은 먼저 기준 용량을 정하고 모든 기기 임피던스를 같은 기준으로 환산하는 것부터 시작한다.

다음으로 기동 임피던스를 구하고, 전원 측 합성 임피던스와 직렬로 묶어 등가회로를 만든다.

마지막으로 분압식으로 모선 전압을 구해 초기 전압 대비 백분율로 나타낸다.

예제 계산

예제로 발전기 12MVA, 변압기 5MVA, 전동기 2700kW의 직입기동을 본다. 모든 임피던스는 100MVA 기준으로 환산한다.

발전기 X'd 15%는 1.25 pu, 변압기 5%는 1.0 pu가 된다.

전동기 정격전류는 약 328 A이고, 기동전류 5배는 약 1640 A다. 이때 기동 리액턴스는 약 5.32 pu다.

세 임피던스를 직렬로 보고 분압하면 전동기 모선 전압은 약 70 %다.

기동 방식 비교

기동 방식은 전압을 낮추는 방법에 따라 나뉜다. 직입기동은 정격전압을 그대로 가해 전압강하가 가장 크다.

Y-Δ 기동은 상전압의 1/√3을 가해 기동전류를 직입의 1/3로 줄인다. 대신 토크도 1/3로 떨어진다.

리액터나 기동보상기는 감압 전압의 제곱에 비례해 토크가 줄어든다. 전압강하 제한과 토크 요구를 함께 보고 고른다.

실수와 정리

앞에서 낸 문제의 정답은 1/3이다. Y-Δ 기동은 기동전류를 직입의 1/3로 줄인다.

가장 흔한 실수는 기동전류를 정격전류 그대로 두고 계산하는 것이다.

전원 측 임피던스를 무시하고 전동기 임피던스만으로 전압강하를 구하는 실수도 많다.

기준 용량을 먼저 통일하고 임피던스를 합산해야 점수가 된다. 기동 순간의 X/R도 함께 본다.