결론부터 씁니다. 비상발전기와 UPS의 협조는 “발전기가 몇 초 안에 기동하는가”로 끝나지 않습니다. 현장에서 협조가 깨지는 지점은 대개 발전기는 이미 돌고 있는데 UPS가 그 전원을 받지 않는 구간입니다. UPS 입력 주파수 허용 범위, 정류기 단계 인수(Walk-in), 배터리 충전 전류가 발전기의 과도 응답과 맞물리지 않으면 UPS는 발전기를 거부하고 배터리 방전을 계속합니다. 배터리 백업 시간은 정상 기동 한 번이 아니라 기동 실패 1회와 이 거부 구간까지 포함해 잡아야 합니다.
안전 인터락 먼저 — 발전기·UPS 연계에서 확인할 순서
- EMO는 UPS와 발전기 출력 차단기 회로에 하드와이어로 직결합니다. PLC는 EMO 상태를 읽기만 합니다.
- 발전기 자체 보호(과속, 유압 저하, 냉각수 고온 등)에 의한 셧다운은 발전기 제어기가 수행하며, 상위 PLC가 이를 무시하거나 재기동 지령으로 덮어쓰지 않습니다.
- 발전기 기동 지령은 PLC 고장과 무관하게 ATS 제어기의 정전 검출 접점으로도 직접 들어가도록 이중 경로를 둡니다. 감시 PLC가 멈췄다고 발전기가 서지 않아야 합니다.
- ATS의 상용·발전기 측 동시 투입은 기계식·전기적 인터락으로 막습니다.
- 발전기실 급배기 댐퍼와 연료 공급 밸브 상태를 기동 확인 조건에 넣고, 이상 시 경보를 올립니다. 비상 상황에서 기동 자체를 막을지 경보만 할지는 설비 안전 기준에 따라 사전에 정합니다.
- UPS 배터리 차단기 개방 상태를 감시합니다. 이 상태에서는 발전기 기동 전 구간을 버틸 에너지가 없습니다.
정전부터 발전기 인수까지 — 타임차트 기준 정의
설비마다 설정이 다르므로, 아래 순서로 각 구간을 변수로 정의해 두고 실제 값을 채우는 방식이 안전합니다.
- t0: 상용 정전. UPS는 무순단으로 배터리 운전에 들어갑니다.
- T1: ATS 정전 확인 지연. 순간 전압 강하에 기동하지 않기 위한 시간입니다.
- T2: 크랭킹부터 전압·주파수 확립까지. 기동 실패 시 휴지 시간을 두고 재크랭킹하며, 재시도 횟수는 발전기 제어기 설정입니다.
- T3: ATS 절체.
- T4: UPS가 입력 전압·주파수를 허용 범위로 판정하기까지의 시간.
- T5: 정류기 Walk-in. 정류기가 부하를 서서히 넘겨받는 동안 배터리가 나머지를 분담합니다.
비상 계통의 기준 시간으로는 NEC 700조가 비상 전원 공급을 10초 이내로 요구하고, NFPA 110의 Type 10 분류도 10초 기준입니다. 그러나 이 10초는 발전기 측 목표이지 UPS가 발전기를 받아들이는 시각이 아닙니다. UPS 배터리 백업 요구 시간은 다음과 같이 잡습니다.
- T_REQ = T1 + (1회 크랭킹 + 휴지) × 재시도 1회 + T2 + T3 + T4 + T5 + 여유
- 배터리 용량은 수명 말기 용량과 설치 환경 온도를 반영해 이 T_REQ를 만족하는지 확인합니다. 명판 용량 기준으로만 계산하면 수명 말기에 부족해집니다.
UPS가 발전기를 거부하는 세 가지 경로
첫째, 주파수 창입니다. 발전기는 부하 투입 순간 속도가 떨어지며 주파수가 흔들립니다. UPS 입력 허용 범위가 좁게 설정돼 있으면 정류기 인수 시작과 동시에 발생한 주파수 저하로 UPS가 다시 배터리로 돌아가고, 부하가 빠진 발전기는 주파수가 회복되어 UPS가 다시 인수를 시도합니다. 이 반복(헌팅)이 이어지는 동안 배터리는 계속 소진됩니다.
둘째, 동시 인수입니다. 여러 대의 UPS가 같은 발전기에 동시에 Walk-in을 시작하면 발전기가 받는 부하 계단이 합산됩니다. UPS별로 인수 시작 시점을 순차로 벌려야 합니다.
셋째, 충전 전류입니다. 발전기 인수 직후 UPS는 부하 전력에 더해 방전된 배터리의 충전 전력까지 끌어갑니다. 가정: 부하 400 kW, UPS 효율 95 %라면 입력은 400 / 0.95 ≈ 421 kW이고, 여기에 충전 전력이 더해집니다. 발전기 운전 중 충전 전류를 제한하는 기능이 UPS에 있다면 발전기 운전 신호와 연동해 씁니다.
여기에 하나가 더 있습니다. UPS 인버터는 정상 시 바이패스 전원에 동기해 두는데, 발전기 주파수가 동기 허용 범위를 벗어나면 동기를 풀고 자체 주파수로 운전합니다. 이 상태에서는 과부하나 인버터 고장 시 정적 바이패스로 넘어가지 못합니다. 발전기 운전 중에는 UPS의 마지막 안전망인 바이패스가 사실상 비활성일 수 있다는 점을 운전 절차에 반영해야 합니다.
발전기-UPS 협조 감시 로직 (ST 의사코드)
(* I/O MAP *)
(* %I1.0 DI_EMO_CHAIN_OK : EMO 하드와이어 체인 정상 - 상태 감시 전용 *)
(* %I1.1 DI_GEN_ON_LOAD : ATS 발전기 측 투입 52a *)
(* %I1.2 DI_UPS1_ON_BATT : UPS1 배터리 운전 중 *)
(* %I1.3 DI_UPS2_ON_BATT : UPS2 배터리 운전 중 *)
(* %I1.4 DI_UPS1_WALKIN_DONE : UPS1 정류기 인수 완료 *)
(* %I1.5 DI_UPS1_BYP_SYNC : UPS1 바이패스 동기 상태 *)
(* %Q1.0 DO_UPS1_INPUT_EN : UPS1 정류기 인수 허가 *)
(* %Q1.1 DO_UPS2_INPUT_EN : UPS2 정류기 인수 허가 - UPS1 완료 후 *)
(* %Q1.2 DO_GEN_MODE_TO_UPS : 발전기 운전 신호 - 충전 전류 제한 기능 연동 *)
(* %Q1.3 DO_GEN_REJECT_ALM : 발전기 전원 거부 경보 *)
(* %Q1.4 DO_BYP_UNAVAIL_ALM : 바이패스 비동기 경보 *)
DO_GEN_MODE_TO_UPS := DI_GEN_ON_LOAD;
(* 1. 순차 인수 - UPS1 먼저, 안정 대기 후 UPS2 *)
TON_STAGE1(IN := DI_GEN_ON_LOAD, PT := T#5S); (* 예시값 *)
DO_UPS1_INPUT_EN := TON_STAGE1.Q;
TON_STAGE2(IN := DI_UPS1_WALKIN_DONE, PT := T#10S); (* 예시값 *)
DO_UPS2_INPUT_EN := TON_STAGE2.Q;
(* 2. 발전기 투입 후에도 배터리 운전이 계속되면 거부로 판정 *)
TON_REJECT(IN := DI_GEN_ON_LOAD AND (DI_UPS1_ON_BATT OR DI_UPS2_ON_BATT),
PT := T#60S); (* T4+T5+여유 - 예시값 *)
DO_GEN_REJECT_ALM := TON_REJECT.Q;
(* 3. 발전기 운전 중 바이패스 비동기 - 과부하 시 바이패스 불가 경고 *)
DO_BYP_UNAVAIL_ALM := DI_GEN_ON_LOAD AND NOT DI_UPS1_BYP_SYNC;
(* EMO 체인 이상은 표시만 한다 - 차단은 하드와이어가 수행 *)
X_EMO_STATUS_ALM := NOT DI_EMO_CHAIN_OK;DO_UPS1_INPUT_EN과 같은 인수 허가 입력은 모든 UPS 제품에 있는 기능이 아니며, 명칭과 동작도 제조사마다 다릅니다. 해당 기능이 없다면 순차 인수는 UPS 자체의 Walk-in 지연 설정을 대수별로 다르게 두는 방식으로 대신합니다. 헌팅의 실제 원인은 발전기 거버너 응답과 UPS 입력 판정이 겹치는 문제라서 설정값만으로 단정할 수 없고, 부하 투입 시 주파수 파형 분석 및 실측 요망입니다.
협조 실패 유형 정리
| 실패 유형 | 현상 | 확인 항목 |
|---|---|---|
| 기동 실패 | 재시도 중 배터리 소진 | 재시도 1회 포함 백업 시간 |
| 주파수 창 이탈 | UPS 인수·복귀 반복 | UPS 입력 허용 범위, 거버너 응답 |
| 동시 인수 | 발전기 주파수 급락 | UPS별 인수 시점 분산 |
| 충전 전류 | 발전기 과부하 | 발전기 운전 시 충전 제한 |
| 바이패스 비동기 | 과부하 시 부하 정지 | 동기 허용 범위, 운전 절차 |
| 정류기 고조파 | 발전기 전압 왜곡 | 파형 분석 및 실측 요망 |
표의 여섯 항목 중 백업 시간으로 해결되는 것은 첫 줄 하나뿐입니다. 나머지는 배터리를 늘려도 시간만 벌어 줄 뿐 거부 상태를 풀지 못합니다. 협조 문제를 배터리 증설로 대응하는 것은 원인을 뒤로 미루는 선택이며, 시운전 단계에서 실부하 발전기 인수 시험을 해야 드러납니다.
시운전 체크리스트
- □ 상용 차단 모의로 실제 정전을 만들고 t0부터 UPS 인수 완료까지 각 구간 시간을 기록했는가
- □ 발전기 기동 실패 모의(연료 차단 등 제조사 허용 방법)로 재시도 구간을 측정했는가
- □ UPS 여러 대의 인수 시점이 겹치지 않는가
- □ 인수 순간 발전기 주파수 최저값이 UPS 입력 허용 범위 안에 있는가
- □ 발전기 운전 중 UPS 바이패스 동기 상태를 확인하고, 비동기일 때의 운전 제한을 절차서에 넣었는가
- □ 배터리 백업 시간을 수명 말기 용량 기준으로 재계산했는가
- □ 감시 PLC 정지 상태에서도 발전기가 기동되는지 확인했는가
경계 조건 — 협조 문제가 사라지는 조건과 커지는 조건
발전기 용량이 UPS 입력 대비 충분히 크고 UPS가 능동형 정류기로 부드러운 인수를 하는 구성에서는 위의 거부 경로가 잘 드러나지 않습니다. 이 경우 설계 변수는 사실상 배터리 백업 시간 하나입니다.
반대로 발전기 용량이 UPS 입력에 근접하게 선정됐거나, UPS 여러 대와 모터 부하가 같은 발전기를 공유하는 설비에서는 거부·헌팅 가능성이 커집니다. 발전기 선정 시 UPS 부하에 적용할 여유율은 제조사 권고와 실측으로 정할 항목이며 일반 수치로 확정하지 않습니다.
단일 판단 기준은 이것입니다. 실부하 발전기 인수 시험에서 모든 UPS가 첫 인수 시도에 배터리 운전을 끝내면 백업 시간만 관리하고, 한 번이라도 복귀가 관측되면 배터리가 아니라 인수 순서와 입력 허용 범위를 먼저 고칩니다.
