결론부터 씁니다. ATS와 STS의 선택은 절체 속도 비교로 끝나지 않습니다. ATS는 기계식 접점으로 전원을 바꾸며 정전 구간을 전제로 한 장치이고, STS는 사이리스터(SCR)로 동기된 두 개의 살아 있는 전원 사이를 오가는 장치입니다. 그래서 판단 기준은 두 가지입니다. 두 전원이 동기돼 있는가, 그리고 부하 측 고장 때 절체를 막을 수 있는가입니다. 상용과 발전기처럼 비동기 전원 사이에는 ATS, 동기된 두 UPS 계통 사이에는 STS가 맞습니다. STS는 어디에 두느냐, 즉 변압기 앞이냐 뒤냐가 선택만큼 중요합니다.
안전 인터락 먼저 — 절체 장치별 확인 순서
절체 장치의 인터락은 “두 전원이 의도치 않게 병렬되지 않는다”와 “고장을 건강한 전원으로 옮기지 않는다” 두 가지로 요약됩니다. 앞의 것은 기계·하드와이어로, 뒤의 것은 절체 금지 로직으로 막습니다.
- EMO는 절체 장치 양측 전원 차단 회로에 하드와이어로 직결합니다. PLC와 절체 제어기는 EMO 상태를 감시 입력으로만 받습니다.
- 개방 천이(Open Transition) ATS는 상용 측·발전기 측 접점의 동시 투입을 기계식 인터락과 전기적 인터락(상대측 52b 직렬) 두 겹으로 막습니다. 어느 한쪽만으로 끝내지 않습니다.
- 폐쇄 천이(Closed Transition) ATS는 두 전원이 짧게 병렬되는 구간이 있으므로 동기 검정(25) 조건과 병렬 시간 제한이 필요합니다. 발전기를 계통과 병렬하는 것은 계통 운영자 협의 대상이므로 사양 확정 전 확인 필요 항목입니다.
- STS는 부하 측 과전류(고장 전류)를 검출하면 절체를 금지합니다. 고장 중 절체하면 고장을 건강한 전원으로 옮겨 두 계통을 모두 잃습니다.
- STS의 두 전원 위상차가 허용 창을 벗어나면 즉시 절체를 금지하거나, 제조사 설정에 따라 지연 절체(전원 공백을 의도적으로 두는 방식)로 전환합니다.
- 발전기가 중성점 접지된 별도 계통(Separately Derived System)이면 4극 절체로 중성선까지 전환합니다. 3극으로 두면 중성선 전류가 두 경로로 나뉘어 지락 계전기가 오동작·부동작할 수 있습니다.
동작 타임차트로 본 두 장치
ATS의 절체는 여러 설정 시간의 합입니다. 전제 조건이 부족한 부분은 아래 타임차트 기준으로 정의합니다.
- t0: 상용 전압 이상 검출(부족전압·결상·주파수 이탈 계전 요소).
- t0 + T1: 확인 지연. 순간 전압 강하에 발전기를 기동하지 않기 위한 필터입니다.
- 기동 신호 → 크랭킹 → 정격 속도 → 전압·주파수 확립(T2).
- 상용 측 개방 → 중립 지연(T3, 모터 부하 잔류 전압 감쇠용) → 발전기 측 투입.
- 복전 시 복귀 지연(T4) 후 역절체, 발전기 냉각 운전.
정전 구간은 T1 + T2 + T3의 합으로 초 단위입니다. ATS 하류에 UPS가 있는 이유가 이것입니다. ATS는 무정전 장치가 아니라 전원을 바꾸는 장치입니다.
STS는 구조가 다릅니다. 우선 전원 전압 이탈을 수 ms 안에 판정하고, 우선 측 SCR 게이트를 끊은 뒤 대체 측 SCR에 게이트를 줍니다. 여기서 핵심은 SCR이 게이트를 끊어도 전류 영점까지 도통을 유지한다는 점입니다. 두 전원의 SCR이 동시에 도통하면 전원 간 단락이 되므로, 우선 측 소호 확인 로직이 STS 제어의 중심입니다. 제품 사양은 대체로 1/4~1/2 사이클 범위의 절체 시간을 제시하며, 60 Hz 기준으로 1/4 사이클은 약 4.2 ms, 1/2 사이클은 약 8.3 ms입니다.
STS 배치 위치 — 변압기 앞이냐 뒤냐
이 글에서 가장 강조하고 싶은 부분입니다. STS를 변압기 1차측에 두면 STS 수량과 변압기 수량을 줄일 수 있습니다. 대신 위상차가 있는 상태에서 절체하면 하류 변압기 철심의 잔류 자속과 새 전압의 위상이 어긋나 편자(DC 성분)가 생기고, 돌입 전류가 흐릅니다. 이 돌입 전류가 STS 자신의 과전류 검출에 걸려 절체 금지로 이어지거나, 상류 차단기를 트립시키는 경우가 있습니다.
STS를 변압기 2차측(PDU 출력단 등)에 두면 변압기가 각 전원 측에 하나씩 필요해 설비는 늘어나지만, 절체가 변압기를 다시 여자하지 않으므로 이 문제가 사라집니다. 제조사마다 돌입 억제 절체 기법을 제시하지만, 실제 효과는 해당 변압기와 부하 조건에서 파형 분석 및 실측 요망입니다. 두 전원 위상차가 작게 유지되는 구성인지가 1차측 배치의 전제 조건입니다.
ATS 절체 시퀀스 (ST 의사코드)
(* I/O MAP *)
(* %I0.0 DI_EMO_CHAIN_OK : EMO 하드와이어 체인 정상 - 상태 감시 전용 *)
(* %I0.1 DI_UTIL_V_OK : 상용 전압 계전 요소(27/59/81) 정상 접점 *)
(* %I0.2 DI_GEN_V_OK : 발전기 전압·주파수 확립 *)
(* %I0.3 DI_CB_UTIL_CLOSED : 상용 측 차단기 52a *)
(* %I0.4 DI_CB_GEN_CLOSED : 발전기 측 차단기 52a *)
(* %I0.5 DI_LOAD_FAULT : 하류 과전류 계전기(50/51) 동작 *)
(* %Q0.0 DO_GEN_START : 발전기 기동 지령 *)
(* %Q0.1 DO_CB_UTIL_OPEN : 상용 측 개방 지령 *)
(* %Q0.2 DO_CB_GEN_CLOSE : 발전기 측 투입 지령 - 하드와이어 52b 인터락 후단 *)
(* 기계식 인터락은 코드와 무관하게 동시 투입을 물리적으로 막는다 *)
CASE I_STEP OF
0: (* 상용 급전 대기 *)
TON_CONFIRM(IN := NOT DI_UTIL_V_OK, PT := T#3S); (* T1 확인 지연 - 예시값 *)
IF TON_CONFIRM.Q THEN I_STEP := 10; END_IF;
10: (* 발전기 기동 *)
DO_GEN_START := TRUE;
IF DI_GEN_V_OK THEN I_STEP := 20; END_IF;
20: (* 고장 중 절체 금지 *)
IF DI_LOAD_FAULT THEN
X_TRANSFER_BLOCKED := TRUE; (* 경보, 수동 복귀 대기 *)
ELSE
DO_CB_UTIL_OPEN := TRUE;
IF NOT DI_CB_UTIL_CLOSED THEN I_STEP := 30; END_IF;
END_IF;
30: (* 중립 지연 T3 - 모터 잔류 전압 감쇠 *)
TON_NEUTRAL(IN := TRUE, PT := T#1S); (* 예시값 *)
IF TON_NEUTRAL.Q AND NOT DI_CB_UTIL_CLOSED AND DI_EMO_CHAIN_OK THEN
DO_CB_GEN_CLOSE := TRUE;
I_STEP := 40;
END_IF;
40: (* 발전기 급전 - 복전 감시 *)
TON_RETURN(IN := DI_UTIL_V_OK, PT := T#300S); (* T4 복귀 지연 - 예시값 *)
IF TON_RETURN.Q THEN I_STEP := 50; END_IF; (* 50 이후 역절체·냉각 운전 *)
END_CASE;타이머 값은 모두 설명용 예시입니다. DO_CB_GEN_CLOSE는 코드에서 조건을 걸더라도 투입 코일 회로에 상용 측 52b 접점을 직렬로 넣는 하드와이어 인터락이 따로 있어야 합니다. 코드의 조건은 그 위에 얹는 두 번째 층입니다.
ATS와 STS 비교
| 항목 | ATS | STS |
|---|---|---|
| 스위칭 소자 | 기계식 접점 | SCR(사이리스터) |
| 절체 중 공백 | 있음(개방 천이, 초 단위) | 수 ms(동기 조건) |
| 전원 조건 | 비동기 허용 | 동기 필요 |
| 고장 전류 | 차단기가 담당 | SCR 내량 제한, 절체 금지 로직 |
| 상시 손실 | 접점 저항 수준 | SCR 도통 손실, 냉각 필요 |
| 관련 규격 | IEC 60947-6-1, UL 1008 | IEC 62310 시리즈 |
| 대표 위치 | 상용-발전기 사이 | 동기된 UPS A/B 사이 |
표의 “절체 중 공백” 칸은 STS가 이긴 것처럼 보이지만, 그 값은 “전원 조건” 칸이 성립할 때만 유효합니다. 상용과 발전기 사이에 STS를 넣으면 두 전원이 동기되지 않은 시간 동안 절체 금지나 지연 절체로 동작하므로, 결과적으로 ATS와 비슷한 공백에 SCR 상시 손실만 더해집니다. STS의 속도는 장치의 성능이 아니라 전원 구성의 성능입니다.
선정·시운전 체크리스트
- □ 두 전원이 상시 동기되는 구성인지 단선도에서 확인했는가(동기 기준 신호의 출처 포함)
- □ STS가 변압기 1차측이라면 위상차 절체 시 돌입 전류 시험을 시운전 항목에 넣었는가
- □ 부하 측 고장 시 절체 금지 동작을 모의 신호로 확인했는가
- □ ATS 기계식 인터락과 전기적 인터락을 각각 따로 시험했는가
- □ 발전기 중성점 접지 방식에 맞춰 3극·4극을 결정했는가
- □ ATS 확인 지연·중립 지연·복귀 지연 설정값을 부하 특성(모터 잔류 전압 등)과 대조했는가
- □ STS 유지보수 바이패스의 키 인터락 순서를 명판으로 부착했는가
경계 조건 — 이 선택이 틀리게 되는 자리
STS가 유리하다는 판단은 두 전원이 같은 상류에서 나오거나 UPS 간 동기 제어로 위상이 묶여 있을 때만 성립합니다. 두 UPS가 서로 다른 발전기로 운전되는 구간처럼 동기 기준이 사라지는 운전 모드가 있다면, 그 모드에서 STS는 절체 금지 상태로 남습니다. 이 모드가 얼마나 자주, 얼마나 오래 생기는지를 먼저 봐야 합니다.
반대로 ATS가 충분하다는 판단은 하류에 UPS가 있어 초 단위 공백을 흡수할 때만 성립합니다. UPS 없이 ATS만으로 민감 부하를 받는 구성이라면 절체 공백이 곧 부하 정지입니다.
단일 판단 기준은 이것입니다. 두 전원이 모든 운전 모드에서 동기돼 있고 부하 측 고장 시 절체 금지가 보장되면 STS, 그렇지 않으면 ATS와 하류 UPS 조합을 택합니다.
