정전

정전작업은 살아 있는 전로를 일부러 죽여 놓고 점검·교체하는 작업이다. 가장 위험한 순간은 '죽었다고 믿었는데 살아 있을 때'이므로, 산업안전보건기준에 관한 규칙(정전전로에서의 전기작업)은 정해진 순서를 의무화한다.

표준 5단계는 다음과 같다. ①통보·작업허가: 관계자에게 휴전 사실을 알리고 작업허가서(LOTO 절차)를 발행한다. ②개방·잠금(시건)·표지: 해당 차단기·개폐기를 개방한 뒤 잠금장치(Lock)와 '작업 중 투입금지' 표지(Tag)를 부착해 제3자의 오투입을 막는다. ③검전: 검전기로 3상(R·S·T) 각각의 무전압을 확인한다. 한 상만 찍고 끝내면 결상·단선된 상을 무전압으로 오인할 수 있다. ④방전: 케이블·변압기 권선·콘덴서에 남은 잔류전하를 접지봉으로 흘려보낸다. ⑤단락접지: 3구 단락접지기구(접지봉)를 죽은 전원측에 설치해 작업 내내 유지한다.

복전(전원 재투입)은 정확히 역순이다. 접지기구 제거 → 절연저항·결선 재확인 → 상위(고압) 차단기부터 순차 투입. 특히 '접지를 걸지 않고 작업을 시작하는 실수'와 '접지를 제거하지 않고 투입하는 실수'가 양대 사망·단락 사고 원인이므로, 접지의 설치/제거를 반드시 체크리스트로 관리한다.

차단기를 내려도 전로가 '0V'가 되는 것은 아니다. 정전기적으로 충전된 정전용량(C)에는 전하 Q = C·V가 그대로 남으며, 이를 방전 없이 만지면 감전된다.

위험원은 세 가지다. ①진상콘덴서(SC): 가장 큰 위험. 수십~수백 kVar급 콘덴서는 차단 직후에도 거의 정격전압을 유지한다. 방전저항·방전코일이 내장돼 있어도 완전 방전까지 수십 초~수 분이 걸리고, 그 장치가 고장 났을 수도 있으므로 절대 신뢰하지 말고 전압 측정 후 수동 단락방전한다. ②케이블·특고압 선로: 길이가 긴 케이블은 큰 대지정전용량을 가져, 차단되는 순간의 전압 위상이 그대로 케이블에 '갇혀' 잔류한다. 따라서 잔류전압은 차단 시점에 따라 0V에서 최대 상전압 피크까지 가능하며, 그 크기는 운전전압급에 비례한다. 예컨대 22.9kV 계통(상전압 실효값 약 13.2kV)이라면 차단 직전 충전전압이 그대로 갇혀 상전압 피크 약 18kV 수준까지 잔류할 수 있다. 즉 잔류전압의 본질은 '정전유도'가 아니라 '차단 직전 충전전압이 정전용량에 갇혀 빠지지 못하는 것'이며, 콘덴서가 없어도 케이블 자체의 정전용량 때문에 방전이 반드시 필요하다. ③변압기 권선·인버터 DC링크: 변압기 권선의 인덕턴스·정전용량, 인버터 내부 평활콘덴서(DC링크)에도 전하가 축적된다. 인버터는 정지 후에도 DC링크가 수백 V로 충전돼 있어, 제조사가 '전원 차단 후 5~10분 대기 후 작업'을 명시하는 경우가 많다.

방전은 접지봉(방전봉)으로 충전부와 대지를 잇는 방식이며, 1차(상위) 개폐기가 살아 있는 상태에서 2차를 방전하면 사고로 직결되므로 반드시 상위 개폐기 개방 후 방전한다.

검전(檢電)은 '지금 이 순간 전압이 없음'을 확인하는 행위이고, 단락접지(短絡接地)는 '작업하는 동안 전압이 들어와도 작업자를 보호하는' 안전장치다. 둘은 역할이 다르므로 어느 하나도 생략할 수 없다.

검전기는 사용 전·후에 반드시 활선부에 대보거나 점검버튼으로 '정상 동작'을 확인해야 한다. 고장 난 검전기로 '무전압'을 오판하는 사고가 의외로 많다. 검전은 R·S·T 3상을 각각 확인하고, 저압은 접압식, 고압·특고압은 해당 전압등급 전용 고압검전기를 사용한다.

단락접지기구(3구 단락접지)는 3상을 단락시킨 뒤 대지에 접지하는 구조다. 그 목적은 두 가지다. ①오투입 방호: 작업 중 누군가 오투입하거나 발전기 역가압으로 전압이 들어오면, 단락접지가 인위적 단락을 일으켜 상위 보호장치(차단기·퓨즈)를 신속히 동작시켜 전원을 즉시 제거한다. ②전위 등화(동전위화): 인접 활선에 의한 유도전압이 들어와도 작업구간 도체와 작업자를 같은 전위로 묶어, 인체에 전류가 통하지 않게 한다. 다만 단락접지기구가 '전압이 들어와도 무조건 작업자를 살려준다'는 식의 만능 보장은 아니다. 보호계전기가 트립하지 못하거나 차단속도가 느린 구간에서 실제 단락전류가 기구의 통전용량을 초과하면 접지기구 자체가 소손·폭발할 수 있다. 따라서 예상 단락전류와 통전시간(차단시간)에 맞는 정격용량의 단락접지기구를 선정·사용해야 한다. 설치 순서는 '접지측을 먼저 대지에 연결한 뒤 충전부에 물리고', 제거는 역순이다. 인출형 차단기는 가능하면 OFF 후 인출(파킹)까지 해 두면 오투입 자체가 물리적으로 불가능해지며, 인출 불가 시에만 죽은 전원측에 단락접지를 건다.

'정전'이 전압이 0이 되는 완전 차단이라면, 순간정전(순시정전)은 매우 짧은 시간 전압이 떨어졌다가 회복되는 현상으로, 정확히는 순간전압강하(Voltage SAG/Dip)에 가깝다.

국제 표준(IEEE 1159 등)에서 SAG는 '실효전압이 정격의 0.1~0.9pu(per unit)로 떨어진 상태가 0.5사이클(60Hz에서 약 8.3ms)부터 1분까지 지속되는 것'으로 정의한다. 실무에서 문제가 되는 계통 고장·낙뢰 기인 SAG는 대개 0.5사이클~1초, 전압 0.1~0.9pu 범위다. 전압이 완전히 0이 되면 'interruption(정전)', 0.9pu 이상으로만 떨어지면 정상 범위로 본다.

원인은 주로 송배전선로의 낙뢰·수목 접촉·1선 지락 등 외부 계통 고장이다. 한전 보호계전기가 고장을 제거·재폐로하는 짧은 시간 동안 전압이 출렁이며, 부하측에서는 이를 '깜박' 또는 '순간 멈춤'으로 경험한다. 같은 현상을 두고 '1초 이내', '0.5초', '0.08초' 등 제각각 부르는 경우가 많은데, 표준 정의(0.5사이클~1초, 0.1~0.9pu)를 기준으로 이해하는 것이 정확하다.

정전 시 비상전원이 동작하는 표준 흐름은 'UVR이 정전을 감지 → 27X 보조릴레이가 발전기에 기동 신호 → 발전기 기동·확립 → ATS/CTTS가 부하를 발전기측으로 절체'다.

UVR(Under Voltage Relay, ANSI 코드 27)은 전압이 설정치 이하로 떨어지면 동작하는 저전압계전기다. 무분별한 순간 동작을 막기 위해 보통 수백 ms~수 초의 동작지연(time setting)을 둔다. 그래서 0.5초~1초짜리 순간정전(SAG)에서는 UVR이 트립 신호를 내기 전에 전압이 회복돼 비상발전기가 돌지 않는 것이 '정상'이다. 발전기는 정전이 확정된 뒤에야 기동하는 구조이기 때문이다. UVR 세팅값(예: 2~3초, 0.3초)은 계전기·현장마다 다르므로 반드시 제작사 카탈로그와 결선도면으로 확인한다.

절체기 종류도 알아야 한다. ATS(Automatic Transfer Switch)는 상용↔비상 전원을 자동 절체하지만 절체 순간 짧은 무전압 구간이 생긴다. CTTS(Closed Transition)는 두 전원을 짧게 병렬 투입해 무정전으로 절체하고, MTS는 수동, Tie-Breaker는 모선 연계용이다. 구형 판넬은 ATS가 한전 전압을 직접 읽거나 발전기 GCP가 220V를 감지해 기동하는 등 접점 출처가 제각각이므로, 사고 진단 시 '발전기 기동 신호가 어디서 나오는가'를 현장 도면으로 반드시 확인한다.

순간정전 대책: 직입기동 모터는 회전 관성으로 0.1초 내외의 순간정전을 버티지만, 인버터·PLC 같은 전자기기는 내부 저전압보호가 즉시 동작해 Fault가 난다. 대책은 부하 특성에 맞춰 선택한다. ①MC(전자접촉기) 채터링 방지용 코일홀더(코일-로커) 설치로 MC가 순간정전에 떨어지지 않게 한다. ②인버터·중요부하 입력단 MC를 유지시킨다. ③순간정전보상장치(SAG 보상, 동적전압보상기 등)를 도입한다. ④정밀공장은 아예 UVR을 걸지 않거나 중요부하만 추려 적용하기도 한다. ATS는 동작이 너무 느려 순간정전을 잡지 못한다.

결상(欠相) 보호: 결상은 3상 중 한 상이 끊긴 상태다. 흔한 오해로 '결상되면 건전상 전압이 √3배로 올라간다'고 하는데, 이는 틀렸다. 핵심은 전압이 아니라 전류 불평형이다. 3상유도전동기에서 한 상이 끊기면 전동기는 단상 상태로 운전을 계속하려 하면서 나머지 두 상에 전류가 이론상 약 √3배까지 몰려 권선이 과열·소손된다. 그래서 결상은 결상보호계전기·EOCR(전자식 과전류계전기)·과부하(써멀) 트립으로 보호하며, 정전 후 복전 시 한 상만 늦게 들어오거나 퓨즈 한 상 단선으로 결상이 생기지 않았는지 점검하는 것이 중요하다.

정전이 발생하면 가장 먼저 '한전 정전인가, 구내(자가용) 고장인가'를 구분한다. 이웃 건물·가로등이 함께 꺼졌는지, 한전 운용실에 문의해 해당 선로 정전 여부를 확인하면 빠르게 갈린다. 구내 고장이라면 보호계전기 이벤트 로그가 가장 빠른 단서다.

주요 보호계전기(ANSI 코드)는 다음과 같다. ▲27(UVR): 저전압 — 정전·전압강하. ▲51(OCR): 한시 과전류 — 과부하·단락. ▲50(순시 과전류): 큰 단락전류 즉시 트립. ▲51G/51N(OCGR): 한시 지락과전류, 50G는 순시 지락과전류 — 지락사고. (순시=50계열, 한시=51계열로 구분하며, Definite/Inverse 등 동작특성과는 별개다.) ▲64/59G·OVGR: 지락과전압 — 비접지계통 1선 지락 감지.

진단 순서는 ①한전/구내 구분 ②메인 차단기(VCB/ACB) 트립 여부와 트립 소스 확인 ③보호계전기 이벤트 기록(동작 계전기·시각) 분석 ④CT/PT 이상, 결상, 지락점 추적 순으로 좁혀 간다. 어떤 계전기가 몇 시 몇 분에 동작했는지를 보면 'UVR이 먼저인지(외부 정전), OCR/OCGR이 먼저인지(구내 고장)'가 드러난다. 평소 수변전실에 한전 운용실·발전기업체·수변전 점검업체 비상연락처를 게시해 두면 초동 대응이 빨라진다.