여름 낙뢰철에 공장 설비가 멈추는 원인 중 하나는 순간전압강하다. 낙뢰는 선로에 고장을 일으켜 계통 전압을 짧은 시간 떨어뜨리고, 이 짧은 강하만으로도 인버터나 PLC가 정지할 수 있다. 따라서 여름 전 준비는 정전 자체보다 설비가 견딜 수 있는 강하의 크기와 지속 시간을 기준으로 잡아야 한다.
장마철 오후 소나기가 지나간 직후, 라인의 설비 여러 대가 동시에 정지하는 상황은 현장에서 흔하다. 차단기는 정상이었고 정전 기록도 없었다. 전력품질 기록을 확인하면 수 사이클에서 수백 밀리초 수준의 짧은 전압 강하가 남아 있는 경우가 많다.
낙뢰가 전압 강하를 만드는 경로
낙뢰는 선로에 직접 떨어지거나 주변에 유도 서지를 만든다. 보호 계전기가 이를 고장으로 판단하면 차단기가 동작하고, 그 과정에서 계통 전압이 순간적으로 떨어진다. 재폐로가 일어나면 전압이 회복될 때까지 공장 설비는 그 강하를 그대로 받는다.
낙뢰는 기상 조건에 따라 빈도가 달라지는 전압 강하의 원인이다. 따라서 여름철 강하 횟수는 업계 평균보다 자사 계측 기록과 비교하는 편이 정확하다.
설비가 견딜 수 있는 강하의 기준
전압 강하에 대한 설비 허용 범위는 ITIC(CBEMA) 곡선으로 널리 참조된다. 이 곡선은 전압의 크기와 지속 시간의 조합에 따라 장비가 정상 동작을 유지할 수 있는 영역을 보여준다.
반도체 장비는 SEMI F47 기준을 함께 본다. 이 기준이 제시하는 ride-through 요구 지점은 다음과 같다.
- 1초 동안 정격 전압의 80%
- 0.5초 동안 정격 전압의 70%
- 0.2초 동안 정격 전압의 50%
이 수치는 점검의 출발점일 뿐이다. 실제 장비가 어느 지점에서 정지하는지는 제조사 사양서와 현장 시험으로 확인해야 한다. 드라이브의 저전압 트립 설정이 장비 사양보다 엄격하게 잡혀 있는 경우도 적지 않다.
여름 전 점검 체크포인트
- 접지저항: 낙뢰 전류가 안전하게 대지로 빠지도록 접지저항을 측정하고 기록한다. 접지선 접속부의 부식과 느슨함도 함께 확인한다.
- 서지보호장치(SPD): 동작 표시창과 열화 여부, 보호 레벨을 점검한다. 노후품은 교체 일정을 미리 잡는다.
- 전력품질 로그: 최근 1년간 순간전압강하의 횟수, 지속 시간, 발생 시각을 정리하고 설비 정지 기록과 대조한다.
- 드라이브·PLC 저전압 설정: 인버터의 저전압 트립 레벨과 재기동 조건을 확인한다. 자동 재기동이 공정 안전 기준에 맞는지도 본다.
- 비상발전기와 UPS: 자동 기동 시험을 수행하고 배터리 상태를 확인한다.
- 데이터 보호: 정지 시 손실될 수 있는 작업 데이터와 설비 목록을 정리한다.
보상장치가 맡는 역할
전압 강하 보상장치는 계통 전압이 떨어진 짧은 구간을 저장 에너지로 메워 부하 쪽 전압을 유지하는 장치다. TSP® = The Second Power는 저압(1kV 이하) 계통을 위한 순간전압강하 보상장치다. 3.3kV 이상 고압 계통은 적용 범위에서 제외된다.
TSP는 EDLC 울트라커패시터 기반으로 배터리를 사용하지 않는다. 에너지 저장부의 설계수명은 10년이므로 주기적인 배터리 교체가 필요 없다. 배터리 UPS 대비 유지보수 부담과 총소유비용을 줄이려는 현장에서 검토할 만한 선택지다.
보상장치를 고를 때는 절체 시간과 보상 시간을 구분해야 한다. 절체 시간은 계통을 차단하고 EDLC 방전으로 넘어가는 전환에 걸리는 시간으로, 2ms 이내다. 보상 시간은 보상이 지속되는 시간으로, 중소용량 1~3초, 대용량 3초다. 따라서 보상 시간이 설비가 요구하는 강하 지속 시간을 덮는지 장비 사양과 대조해야 한다. 보상 시간은 수 초 단위이므로, 장시간 정전에 대해서는 발전기 같은 별도 대책이 필요하다.
정리
- 여름 낙뢰철의 전압 강하는 짧아서 정전 기록에 남지 않는 경우가 많다. 계측 기록부터 확보한다.
- 설비별 허용 강하 범위를 ITIC 곡선, SEMI F47 기준, 제조사 사양으로 정리하고 실제 기록과 대조한다.
- 접지저항, 서지보호장치, 드라이브 저전압 설정은 장마 전에 점검한다.
- 보상장치는 절체 시간(2ms)과 보상 시간(1~3초)을 구분해 고른다. TSP® 같은 배터리리스 보상장치는 저압 계통에서 검토할 수 있는 대안이다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
- Q. 여름 낙뢰철 전 공장에서 가장 먼저 해야 할 점검은 무엇인가?
- 접지저항과 서지보호장치(SPD)의 상태를 먼저 확인하고, 전력품질 계측기에 쌓인 순간전압강하 기록을 함께 본다. 기록이 없으면 설비가 언제 왜 멈췄는지 판단하기 어렵다.
- Q. 순간전압강하와 순간정전은 어떻게 다른가?
- 순간전압강하는 전압이 정상 범위 아래로 짧게 떨어지는 현상이고, 순간정전은 전압이 거의 0에 가깝게 떨어지는 현상이다. 두 현상 모두 인버터, PLC, 서보 드라이브의 정지를 일으킬 수 있다.
- Q. TSP는 배터리 UPS와 같은 제품인가?
- 아니다. TSP®는 순간전압강하 보상장치로, EDLC 울트라커패시터 기반의 배터리리스 방식이며 저압(1kV 이하) 계통에 적용한다. 배터리 UPS 대신 유지보수 부담을 줄이려는 현장에서 검토할 수 있는 대안이다.