정전이란? 순간정전·장시간정전 차이

정전이란 전력계통의 고장이나 설비 이상으로 전원 공급이 중단되는 현상입니다. 순간정전과 장시간정전의 차이, 발생 원인과 PLC·인버터 등 산업설비에 미치는 영향을 알아봅니다.

정전이란 무엇이며 왜 발생할까?

정전(Power Outage 또는 Power Interruption)은 전력계통이나 구내 배전설비에서 전원 공급이 중단되어 부하에 정상적인 전압이 공급되지 않는 상태를 의미합니다. 정전은 발전·송전·배전계통의 고장뿐 아니라 사업장 내부의 Transformer, Cable, Busbar, Circuit Breaker 등 다양한 설비의 이상으로도 발생할 수 있습니다. 낙뢰와 강풍, 수목 접촉, 동물 접촉, 절연파괴, 단락·지락사고, 설비고장 및 계획된 유지보수 등이 대표적인 원인입니다. 전력계통에서는 사고가 발생하면 보호계전기가 이상전류나 전압 등을 검출하고 Circuit Breaker에 Trip 명령을 보내 고장구간을 전원에서 분리합니다. 이 과정에서 해당 구간에 연결된 부하는 일시적 또는 장시간 전원공급이 중단될 수 있습니다. 따라서 모든 정전이 발전소의 전력생산 부족 때문에 발생하는 것은 아닙니다. 실제 산업현장에서는 외부 전력계통의 사고뿐 아니라 구내 차단기 Trip이나 보호계전기 동작, 설비 유지보수로 인한 전원차단도 생산설비의 정전 원인이 될 수 있습니다.

순간정전은 왜 짧은 시간에도 설비를 멈추게 할까?

순간정전(Momentary Interruption)은 비교적 짧은 시간 동안 전압공급이 중단된 뒤 다시 복구되는 현상을 말합니다. 정확한 시간 구분은 적용되는 전력품질 규격과 분류기준에 따라 다를 수 있으므로 특정 시간 하나로 모든 순간정전을 정의해서는 안 됩니다. 전력계통에서는 가공선로에 일시적인 Fault가 발생했을 때 보호장치가 회로를 차단한 후 Recloser나 차단기의 자동재폐로 기능을 통해 전원을 다시 공급하기도 합니다. 사고원인이 이미 제거되었다면 전력은 빠르게 복구될 수 있지만 이 짧은 중단도 자동화설비에는 큰 영향을 줄 수 있습니다. PLC Power Supply의 DC 전압이 유지시간(Hold-up Time) 이하로 떨어지면 PLC가 Reset될 수 있으며 Contactor는 Coil 전압이 사라지면 접점이 떨어집니다. VFD와 Servo Drive 역시 DC Bus 전압이 기준 이하로 감소하면 Undervoltage Alarm이나 Trip이 발생할 수 있습니다. 따라서 사람은 조명이 잠깐 깜빡인 정도로 느끼더라도 생산라인은 Sequence가 중단되고 재가동 절차가 필요할 수 있습니다.

장시간정전은 순간정전과 무엇이 다를까?

장시간정전(Sustained Interruption)은 전원이 자동으로 빠르게 복구되지 않고 고장점검이나 설비복구, 계통전환 등의 조치가 필요한 정전을 의미합니다. 송·배전설비의 심각한 고장이나 Transformer 손상, Cable Fault, 자연재해 또는 계획정비 등에서는 전원공급이 오랜 시간 중단될 수 있습니다. 순간정전과 장시간정전의 가장 큰 차이는 단순한 지속시간뿐 아니라 설비운영에 미치는 영향과 필요한 대응방식에도 있습니다. 순간정전은 Control Power의 Ride-through 기능이나 UPS를 이용해 제어시스템을 유지함으로써 영향을 줄일 수 있지만 장시간정전에서는 UPS Battery의 에너지에도 한계가 있기 때문에 Emergency Generator 또는 별도의 비상전원시스템이 필요할 수 있습니다. 병원과 Data Center, 통신설비, 연속공정 등 전원중단의 영향이 큰 시설에서는 정전 시 어떤 부하를 계속 운전해야 하는지 Critical Load를 구분합니다. 이를 기준으로 UPS와 발전기 용량, 비상배전계통 및 복구 Sequence를 설계합니다.

정전과 순간전압강하는 어떻게 구분할까?

현장에서 설비가 갑자기 정지하면 흔히 모두 정전이라고 표현하지만 실제 원인은 Voltage Sag일 수도 있습니다. Voltage Sag는 전압이 짧은 시간 크게 낮아지지만 완전히 공급이 중단된 상태와는 구분됩니다. 예를 들어 전력계통의 다른 지점에서 단락사고가 발생하면 사고가 제거되기 전까지 주변 Bus 전압이 일시적으로 낮아질 수 있습니다. 이때 일부 조명은 계속 켜져 있어도 민감한 Contactor나 VFD는 Undervoltage로 정지할 수 있습니다. 반면 Interruption에서는 공급전압이 사실상 중단된 상태가 일정 시간 지속됩니다. 정확한 구분을 위해서는 Multimeter의 순간 표시값보다 Power Quality Analyzer를 이용해 RMS Voltage와 Event Duration, Waveform을 기록하는 것이 효과적입니다. 또한 PLC Alarm History와 VFD Fault Code, 보호계전기의 Event Record를 함께 비교하면 외부 전원중단인지 구내설비의 차단기 동작인지 판단하는 데 도움이 됩니다. 원인을 정확하게 구분해야 적절한 정전대책도 마련할 수 있습니다.

정전 피해를 줄이려면 어떤 설비가 필요할까?

정전대책은 모든 부하를 동일하게 보호하기보다 전원중단 시 반드시 유지해야 하는 Critical Load를 먼저 선정하는 것에서 시작합니다. PLC, DCS, 산업용 Computer와 통신장비처럼 전원연속성이 중요한 제어설비에는 UPS(Uninterruptible Power Supply)를 적용하여 순간정전과 일정 시간의 전원중단에 대응할 수 있습니다. 장시간 전원이 필요한 부하에는 Emergency Generator를 사용하며 ATS(Automatic Transfer Switch)를 통해 정상전원 이상 시 비상전원으로 전환하는 시스템을 구성할 수 있습니다. 다만 발전기는 기동과 전압·주파수 안정화에 시간이 필요하기 때문에 무정전 전환이 필요한 부하에서는 UPS와 발전기를 함께 구성하기도 합니다. 또한 순간정전 후 Motor가 동시에 재기동하면 큰 Inrush Current가 발생할 수 있으므로 부하를 순차적으로 복구하는 Restart Sequence도 중요합니다. 결국 정전대책은 UPS 하나를 설치하는 것으로 끝나는 것이 아니라 부하 중요도와 필요한 백업시간, 전원계통 구성 및 안전한 재가동 절차까지 함께 설계해야 합니다.