크레인 전원 품질: 단일 거더 크레인이 취약한 전력망에 미치는 영향, 1~20톤

글쓴이 Li Ming, SIEC Cranes 수석 응용 엔지니어. 2026년 10월 29일.

10톤 단일 거더 크레인은 17.6 kW를 소비합니다. 호이스트 모터 하나와 그보다 훨씬 작은 모터 세 개로 구성됩니다. 중형 공기압축기보다 적고, 용접기 한 대보다도 적습니다. 이 크레인을 유일한 전원이 63 kVA 디젤 발전기인 공장으로 보내면, 첫 번째 하중 인양에서 정격 용량의 절반 정도만 들어 올린 상태로 호이스트가 트립될 가능성이 상당히 큽니다. 현장 전기기사는 그 고장 코드를 "크레인 불량"으로 읽을 것입니다.

대개 크레인 잘못이 아닙니다. 크레인은 설계 기준이었던 변압기보다 임피던스가 10~20배 높은 전원에 연결된 비선형 부하입니다. 제가 상담받는 대부분의 고장은 이 한 문장으로 설명되며, 그 뒤에 있는 산술은 이 글에 담을 수 있을 만큼 짧습니다.

상황을 더 나쁘게 만드는 요인이 두 가지 있습니다. 5~20톤 단일 거더 크레인은 400 V에서 19~49 A를 소비하므로 대부분이 IEC 61000-3-12가 고조파 방출 한계를 규정하는 16~75 A 구간에 들어갑니다. 그리고 구매자가 가장 먼저 떠올리는 해결책인 발전기 용량 확대는 효과가 없습니다. 이는 의견이 아니라 공개된 발전기 데이터로 보일 수 있으며, 이 글의 중반부가 바로 그 부분입니다.

자료 출처는 본문 곳곳에 표시했습니다. 표준과 제조사 데이터에는 출처를 달았습니다. 크레인 출력 정격은 공개된 단일 거더 사양표에서 가져왔습니다. 저희가 계산한 값은 모두 계획 수치로 표시했습니다. 나이지리아 공장 발전기에 연결된 5톤 크레인을 다룬 공개 조사 자료는 존재하지 않기 때문입니다.

1~20톤 단일 거더는 실제로 얼마나 많은 전력을 소비할까?

대부분의 구매자가 예상하는 것보다 적습니다. 그래서 전기적 문제가 사람들을 놀라게 합니다. 아래 정격은 스팬 7.5~28.5 m의 표준 단일 거더 브리지 크레인 기준이며, 세 가지 기구부를 분리해 표시했습니다.

정격 용량	크레인 주행	트롤리 주행	호이스트	총 설치 용량	400 V 기준 크레인 전부하 전류	호이스트 직입 기동 전류
1 t	2 x 0.8 kW	0.2 kW	1.5 kW	3.3 kW	6.2 A	19~25 A
2 t	2 x 0.8 kW	0.4 kW	3.0 kW	5.0 kW	9.4 A	37~49 A
3 t	2 x 0.8 kW	0.4 kW	4.5 kW	6.5 kW	12.3 A	55~74 A
5 t	2 x 0.8 kW	0.8 kW	7.5 kW	9.9 kW	18.7 A	92~123 A
10 t	2 x 1.5 kW	2 x 0.8 kW	13.0 kW	17.6 kW	33.2 A	160~213 A
16 t	2 x 2.2 kW	2 x 0.8 kW	13.0 kW	19.0 kW	35.9 A	160~213 A
20 t	2 x 2.2 kW	4 x 0.8 kW	18.5 kW	26.1 kW	49.3 A	227~303 A

출력 정격은 공개된 표준 단일 거더 사양표(스팬 7.5~28.5 m)에서 가져왔습니다. 전류는 400 V, 역률 0.85, 효율 0.90을 적용해 저희가 계산한 값이며, 기동 열은 ABB가 직입 기동에 대해 제시한 전부하 전류의 6~8배를 적용한 것으로, 초기 돌입 전류 10~12배가 감쇠한 이후를 기준으로 합니다.

마지막 두 열을 함께 보십시오. 5톤 크레인은 18.7 A 부하이지만, 작업자가 인양할 때마다 2~3초 동안 92~123 A를 끌어옵니다. 20톤 크레인은 49 A 부하이지만 227~303 A를 끌어옵니다. 유틸리티 변압기에서는 반올림 오차에 불과합니다. 63 kVA 발전기에서는 그 발전기가 경험하는 가장 큰 과도 상태이며, 그것도 연간 1만 번씩 발생합니다.

직입 기동은 발전기에 어떤 영향을 주나?

전압을 떨어뜨리며, 그 강하는 작지 않습니다. 관련 공개 수치는 다음과 같습니다. 모터는 접촉기가 떨어지기 전까지 순간 전압 강하 30~35%를 견디도록 설계되며, 설계 엔지니어는 모터의 실제 가속을 보장하기 위해 보통 20%라는 더 엄격한 한계를 적용합니다(Kohler, Sizing Generators for Motor Starting). 건설 현장 지침은 크레인에 특화된 수치로 15~20%를 제시합니다. 크레인 제어 접촉기가 일반 모터 기동기보다 관대하지 않기 때문입니다. 그 이상이면 인양 도중 접촉기가 열립니다.

비용을 발생시키는 것은 바로 이 마지막 문장입니다. 부하 상태에서 접촉기가 떨어지면 인양이 멈추는 데 그치지 않습니다. 하중이 낙하하고, 브레이크가 그것을 잡아야 합니다.

전압 강하를 20% 이내로 유지하는 데 필요한 발전기 용량은 호이스트의 기동 방식에 따라 달라집니다. 직입 기동이 가장 크고, 성형-델타 기동은 그보다 적고, 소프트 스타터는 더 적으며, 드라이브는 가장 적습니다. 다만 드라이브는 나름의 문제를 가져오는데, 그것이 다음 절의 내용입니다.

정격 용량	호이스트 모터	직입 기동 시 발전기	성형-델타 기동 시 발전기	드라이브, 고조파 여유 포함
1 t	1.5 kW	5~6 kVA	4~5 kVA	3~4 kVA
5 t	7.5 kW	23~26 kVA	15~19 kVA	12~14 kVA
10 t	13.0 kW	39~46 kVA	26~33 kVA	20~24 kVA
16 t	13.0 kW	39~46 kVA	26~33 kVA	20~24 kVA
20 t	18.5 kW	56~65 kVA	37~46 kVA	28~34 kVA

이는 저희 계획 수치이며, 직입 기동은 모터 kW의 3~3.5배, 성형-델타 기동은 2~2.5배, 드라이브는 발전기 고조파 발열에 대한 10~20% 여유를 포함해 1.5~1.8배라는 표준에서 도출했습니다. 크레인이 유일한 부하라고 가정한 값입니다. 공장의 나머지 부하를 더하면 발전기 용량은 다시 커집니다.

용량 산정 기준에 없는 항목에 주목하십시오. 크레인의 총 설치 전력입니다. 20톤 크레인의 총합 26.1 kW를 기준으로 산정하면 발전기 용량이 약 3분의 1 과대해집니다. 크레인 주행 모터와 트롤리는 부하 상태의 호이스트 기동과 동시에 작동하지 않으며, 설령 동시에 작동하더라도 각각 0.8 kW에 불과합니다. 발전기 용량은 가장 큰 모터의 기동이 결정합니다. 나머지는 잡음입니다.

크레인은 발전기의 전압 파형에 어떤 영향을 주나?

여기서 드라이브는 해결책이 아니라 부담이 됩니다. 6펄스 정류기는 파형의 정점에서 짧은 펄스 형태로 전류를 끌어오고, 이 펄스 전류가 전원 임피던스를 통과하며 전압을 파고듭니다. 단락비가 약 100인 변압기에서는 이 파임이 보이지 않습니다. 발전기에서는 보입니다.

Cummins가 이 비교를 공개했는데, 제가 찾은 자료 중 가장 명료한 수치 쌍입니다. 전류 THD 29%의 동일한 6펄스 드라이브가 과도 리액턴스 12%, 단락비 8인 발전기에서는 전압 THD 34%를 만들어냅니다. 단락비 100의 변압기 뒤에서는 2.8%입니다. 같은 드라이브, 같은 부하인데 전원 때문에 왜곡이 열두 배 차이 납니다.

이 비율을 반대 방향으로 적용하면 결론은 달갑지 않습니다. 전압 왜곡은 단락비의 역수에 비례하므로, 전원 임피던스만으로 IEEE 519의 전압 THD 한계 8%를 맞추려면 단락비가 약 34여야 하고, 이는 과도 리액턴스가 3%에 가깝다는 뜻입니다. 일반 발전기는 8~14%입니다. 발전기 용량을 키워서 이 문제를 벗어날 수는 없습니다. 4배 용량의 발전기를 사도 여전히 한계선에 걸칩니다.

전원	단락비	THD 29% 드라이브 사용 시 전압 THD	8% 한계 대비
유틸리티 변압기, 강한 계통	100	2.8%	여유 있게 통과
발전기, 일반 발전기	8 (12% X"d)	34%, 공개 수치	한계의 4배로 초과
발전기, 저리액턴스 옵션	12.5 (8% X"d)	약 22%, 보간값	여전히 초과
통과 가능한 발전기	34 (약 3% X"d)	8%	상용 제품 없음

처음 두 행은 Cummins가 공개한 수치입니다. 마지막 두 행은 그들이 설명한 단락비 역수 관계를 이용한 저희 보간값이며, 그래서 실측이 아니라 보간으로 표시했습니다.

실무에서 발전기의 전압 THD 34%는 계측기 위의 숫자로 나타나지 않습니다. DC 버스 과전압으로 드라이브가 트립하고, PLC가 재부팅하며, 접촉기가 떨리고, 현장 전기기사가 일주일 내내 멀쩡한 부품을 교체하는 모습으로 나타납니다.

우리 크레인에는 어떤 기준이 실제로 적용되나?

문서가 세 가지인데, 구매자는 대개 잘못된 것을 안내받습니다.

IEEE 519-2022는 공통결합점에서의 전압 및 전류 왜곡 한계를 규정합니다. 이는 드라이브 하나가 아니라 설비 전체에 적용되는 계통 수준 표준입니다. 이 구분이 중요한 이유는, 10톤 크레인 단독으로는 TDD 한계 안에 여유 있게 들어가도 공장 전체로는 초과할 수 있기 때문입니다.

공통결합점의 모선 전압	개별 고조파	종합 고조파 왜곡
1.0 kV 이하	5.0%	8.0%
1 kV ~ 69 kV	3.0%	5.0%
69 kV ~ 161 kV	1.5%	2.5%
161 kV 초과	1.0%	1.5%

출처: IEEE 519-2022 표 1, PQ Blog 게시 내용 기준. 전압 한계는 절대치이며 수용가 규모에 따라 달라지지 않습니다.

전류 왜곡은 유연한 쪽입니다. 순간 전류가 아니라 최대 수요 전류에 대한 백분율인 총 수요 왜곡(TDD)으로 표시되며, 전원이 약해질수록 한계가 엄격해집니다.

단락비	2~11차 고조파	11~17차	17~23차	23~35차	35차 초과	TDD 한계
20 미만	4.0	2.0	1.5	0.6	0.3	5.0
20~50	7.0	3.5	2.5	1.0	0.5	8.0
50~100	10.0	4.5	4.0	1.5	0.7	12.0
100~1000	12.0	5.5	5.0	2.0	1.0	15.0
1000 초과	15.0	7.0	6.0	2.5	1.4	20.0

출처: IEEE 519-2022 표 2, 120 V~69 kV 계통. 6차 미만의 짝수 고조파에는 이 값의 절반이 적용됩니다.

여기에 유용한 부분이 있습니다. 리액터가 없는 6펄스 드라이브의 전류 THD는 101.5%입니다. 전부하에서는 이것이 곧 TDD이며, 취약 전원에 적용되는 5% 한계 대비 20배 초과입니다. 5% 라인 리액터를 달면 33.9%로 여전히 초과입니다. 라인 고조파 필터를 달면 4.9%로 통과합니다. 이 값들은 Siemens가 공개한 드라이브 입력부 표이며, 한 줄로 답을 알려줍니다. 발전기에서는 리액터가 선택 사항이 아닙니다.

IEC 61000-3-12는 또 다른 문서이며, 계통의 더 하위 단계에 적용되는 기준입니다. 상당 16 A 초과 75 A 이하의 장비가 공용 저압 계통에 주입하는 고조파 전류를 제한합니다. 즉 크레인 용량이 이 기준의 적용 여부를 결정합니다.

정격 용량	400 V 기준 크레인 전류	적용되는 IEC 방출 기준
1~3 t	6~12 A	16 A 미만, 해당 장비에 IEC 61000-3-2 적용
5 t	18.7 A	IEC 61000-3-12 적용 범위, 16~75 A
10 t	33.2 A	IEC 61000-3-12 적용 범위, 16~75 A
20 t	49.3 A	IEC 61000-3-12 적용 범위, 16~75 A

따라서 20톤 단일 거더는 16~75 A 구간에 정확히 들어갑니다. 우연이 아니라 이 시장의 대부분이 위치한 구간이며, 그래서 계약서에 서명하기 전에, 크레인이 현장에 도착한 뒤가 아니라 그 전에 드라이브 제조사의 EMC 선언서를 읽어볼 가치가 있습니다. IEC 61000-3-12는 차수별 한계를 표로 규정하며, 특정 드라이브가 통과하는지는 어느 표 행에 해당하고 제조사가 어떤 리액터를 장착했는지에 달려 있습니다. 선언서를 요구하십시오. 그것은 존재하며, 보유한 제조사는 한 시간 안에 보내줍니다.

세 번째 문서는 고객의 사양서이며, 실제로 지배적인 기준은 이것입니다. 전형적인 공공 크레인 입찰서는 다음과 같습니다. 380 V 3상 50 Hz, 전원 변동은 전압 ±6%, 주파수 ±2%(홍콩 건설·용역국 표준 사양 EM-01-01로, 좋은 예시입니다). 두 표준보다 엄격하며, 공급자에게 크레인이 무엇을 견뎌야 하는지 정확히 알려줍니다.

크레인이 계속 RCD를 트립하는 이유는?

누전 보호장치 입장에서 드라이브는 모터가 아니며, 누군가 잘못된 타입을 설치했기 때문입니다.

Doepke의 적용 지침은 이 점을 분명히 합니다. 주파수 변환기를 사용하는 다상 장비, 그중에서도 크레인을 구체적으로 언급하며, 이런 장비는 Type B 또는 B+ 누전 보호장치에서만 운전할 수 있습니다. 고장 시 Type A 장치가 감지할 수 없는 평활 직류 잔류 전류가 발생할 수 있기 때문입니다. 대안은 절연 변압기 또는 고정 배선 방식입니다. 크레인 드라이브에 Type AC나 Type A를 쓰는 것은 오작동으로 트립하거나 보호에 실패하며, 어쩌면 다른 날에 둘 다 발생할 장치입니다.

문제의 나머지 절반은 누설 전류로, 모터 케이블 길이에 따라 증가합니다. 드라이브에 내장된 EMC 필터는 보통 5~10 m의 차폐 모터 케이블에 대해서만 유효하다고 선언됩니다. 50~100 m라는 케이블 길이도 인용되지만, 이는 출력단이 구동할 수 있는 용량성 부하에 관한 것이지 EMC 적합성에 관한 것이 아닙니다. 약 10 m를 넘으면 누설 전류가 크게 증가하며, 어떤 감도의 RCD가 견딜지 제조사에 문의해야 합니다.

이제 스팬 25 m에 페스툰 시스템을 갖춘 20톤 크레인을 생각해 보십시오. 호이스트는 브리지 중앙에, 패널은 한쪽 끝에, 주행 모터는 양쪽 끝에 있습니다. 페스툰을 고려하기 전부터 20~30 m의 케이블 포설이 일반적입니다. 이는 크레인의 결함이 아닙니다. 형상에서 비롯되는 물리적 결과이며, 사양서에 dv/dt 필터, 차폐 케이블, Type B 장치를 명시해야 하고 이것을 현장에 맡겨서는 안 되는 이유입니다.

같은 출처에서 한 가지 더, 다른 모든 것을 올바르게 처리한 사람도 걸리는 항목입니다. 드라이브의 스위칭 주파수가 상위 EMC 필터의 공진 주파수 또는 그 배수와 일치하면 필터가 진동하고 누설 전류가 정상보다 훨씬 높아져 장치가 트립됩니다. 스위칭 주파수를 바꾸면 해결됩니다. 새벽 2시에 매뉴얼을 읽어서 이걸 찾아내는 사람은 없습니다.

라인 리액터가 역률 요금을 바꾸나?

그렇고, 대부분이 생각하는 것보다 많이 바꿉니다. 드라이브가 광고하는 역률은 계량기가 기록하는 역률이 아니기 때문입니다.

변위 역률은 기본파 전압과 기본파 전류 사이 각도의 코사인입니다. 드라이브 입력부는 약 0.96~0.98을 제공하며, 데이터시트가 "고역률"이라고 말할 때 의미하는 값입니다. 실제 역률은 왜곡을 포함하며, 관계는 단순합니다. 실제 역률은 변위 역률을 1에 전류 THD의 제곱을 더한 값의 제곱근으로 나눈 것입니다.

이를 Siemens의 전류 왜곡 값에 적용하면 그림이 완전히 달라집니다.

드라이브 입력부	전부하 시 전류 THD	변위 역률	계량기 기준 실제 역률
6펄스, 리액터 없음	101.5%	0.98	0.69
6펄스, 2~3% 리액터	43.6%	0.98	0.90
6펄스, 5% 리액터	33.9%	0.98	0.93
6펄스 + 라인 고조파 필터	4.9%	0.98	0.98
12펄스	8.8%	0.98	0.98
액티브 프런트 엔드	1.3%	0.99	0.99

THD 값은 각 입력부에 대해 Siemens가 공개한 수치입니다. 역률 열은 표준 관계식으로 저희가 계산해 반올림한 값입니다.

리액터가 없는 드라이브의 실제 역률은 0.69인데 데이터시트에는 0.98이라고 적혀 있습니다. 두 진술 모두 사실입니다. 그 격차가 바로 무효전력에 요금을 부과하는 전력회사와 그렇지 않은 전력회사의 차이입니다.

그것이 청구서에 어떻게 반영되는지는 요금 체계에 달려 있으며, 구조는 미묘하지 않습니다. South Central Indiana REMC의 2024년 2월 시행 산업용 요금제는 최대 수요 시점의 측정 역률이 97% 미만으로 떨어지면 청구 수요를 상향 조정하여, 기록된 수요에 97을 측정 역률로 나눈 값을 곱합니다. 또한 월평균 역률이 95% 미만이 되면 kVARh당 0.01009달러의 초과 무효전력량 요금을 부과합니다.

여기에 숫자를 넣어 보겠습니다. 실수요 80 kW, 청구 수요 kW당 12달러를 지불하는 공장입니다.

공장 역률	청구 수요	월 수요 요금	0.97 대비 연간 추가 비용
0.97	80.0 kW	960달러	없음
0.90	86.2 kW	1,034달러	약 890달러
0.69	112.5 kW	1,350달러	약 4,680달러

이는 공개된 요금 공식에 가상의 공장을 적용한 저희 계산입니다. 견적도 아니고 고객의 요금제도 아닙니다. 다만 형태는 맞으며, 15 kW 드라이브에 300달러짜리 리액터를 다는 것이 크레인에서 가장 저렴한 전기적 결정인 이유를 설명합니다.

전원이 400 V 50 Hz가 아니면 어떻게 되나?

공장에서는 완벽했던 크레인이 다른 나라에서 보증 청구가 되는 지점이며, 그 원리는 단 하나의 비율입니다. 볼트 퍼 허르츠입니다.

유도 전동기의 자속, 따라서 토크는 공급 전압을 주파수로 나눈 값으로 정해집니다. 비율을 유지하면 모터는 정상 동작합니다. 바꾸면 기계가 달라집니다.

모터 명판	실제 전원	볼트 퍼 허르츠	사용 가능 토크	속도	판정
400 V, 50 Hz	400 V, 50 Hz	8.00	100%	100%	정격
400 V, 50 Hz	480 V, 60 Hz	8.00	100%	120%	양호, 출력 20% 여유
400 V, 50 Hz	400 V, 60 Hz	6.67	69%	120%	정격 하중 인양 불가
400 V, 50 Hz	380 V, 50 Hz	7.60	90%	100%	정격 하중에서 여유 없음, 호이스트 주의
460 V, 60 Hz	400 V, 50 Hz	8.00	100%	83%	포화, 과열, 17% 느림

토크는 비율의 제곱에 비례하므로 세 번째 행이 위험합니다. 비율이 17% 떨어지면 토크의 69%만 유지되지만, 모터는 20% 더 빠르게 회전하므로 동일한 호이스트 속도를 내려면 모터가 낼 수 있는 것보다 많은 출력이 필요합니다. 고장은 극적으로 나타나지 않습니다. 호이스트가 명판 하중을 들지 못하고, 그러면서 과열될 뿐입니다.

위안이라면 이 크레인 대부분이 드라이브와 함께 출하되며, 드라이브를 전원이 아니라 모터에 맞춰 프로그래밍하기만 하면 50 Hz와 60 Hz 문제가 사라진다는 점입니다. 드라이브의 기본 주파수와 기본 전압을 명판값으로 설정하면, 계통이 무엇을 공급하든 올바른 볼트 퍼 허르츠를 출력합니다. 단, 드라이브의 출력 전압은 입력 전압을 넘을 수 없으므로, 기본 속도에서 400 V가 필요한 50 Hz 모터는 380 V 전원으로는 토크 곡선의 10%를 잃지 않고 운전할 수 없습니다.

허용 오차 문제는 또 별개입니다. IEC 60034-1은 전원 조건을 두 구역으로 나눕니다. Zone A는 전압 ±5%, 주파수 ±2%로, 모터가 완만한 온도 상승과 함께 정격 토크를 냅니다. Zone B는 전압 ±10%, 주파수 +3%/-5%로, 정격 토크는 여전히 사용 가능하지만 온도 상승이 더 크므로 단시간 운전해야 합니다. NEMA MG 1은 서면상 더 관대하여 전압 ±10%, 주파수 ±5%이며 복합 변동은 10%로 제한됩니다. 하루 8시간을 Zone B에서 보내는 크레인은 표준이 무엇을 허용하든 절연 수명이 단축된 크레인입니다.

제동 저항인가, 회생 드라이브인가?

단일 거더에서는 제동 저항입니다. 산술을 보여드리고, 결론이 뒤집히는 경우도 보여드리겠습니다.

하중을 내리면 모터가 발전기가 됩니다. 에너지는 어딘가로 가야 합니다. 제동 초퍼는 이를 저항에서 열로 소산합니다. 회생 입력부는 이를 계통으로 되돌립니다. ABB의 엔지니어링 가이드는 90 kW 크레인 호이스트를 두 방식으로 계산합니다. 캐비닛 내 초퍼와 저항이 7,500유로, IGBT 입력부는 2,000유로 더 비싸지만 4,000유로의 에너지를 회수합니다. 그 기계에서는 회생이 우세하며, ABB도 크레인에 이를 권장합니다.

그 기계는 연간 듀티 20%, 제동 시간 3분인 90 kW 호이스트입니다. 단일 거더 호이스트는 1.5~18.5 kW이며, 질량과 높이가 모두 줄어들기 때문에 인양당 에너지는 실무적으로 질량비의 제곱만큼 작습니다.

정격 용량 및 양정	60% 하중에서 부하 하강 1회당 에너지	65% 효율로 회수되는 양	연간 회수량, A5 등급	kWh당 0.12 기준 가치	1,500~3,000달러 추가 비용 대비 회수 기간
5 t, 6 m	0.049 kWh	0.032 kWh	384 kWh	46달러	33~65년
10 t, 6 m	0.098 kWh	0.064 kWh	766 kWh	92달러	20~38년
20 t, 9 m	0.294 kWh	0.191 kWh	2,292 kWh	275달러	9~16년

저희 계산입니다. 연간 운전 2,000시간, 시간당 인양 12회, 그중 절반이 하중 하강, 폐루프 회생 효율 65%, 이 정격에서 초퍼와 저항 대비 회생 입력부의 추가 비용 1,500~3,000달러를 가정했습니다.

20톤 크레인에서 9~16년은 사업성이 아니라, 그보다 먼저 교체될 수도 있는 20년 자산에 대한 반올림 오차입니다. 그러니 초퍼를 선택하고 그 차액을 라인 리액터에 쓰십시오. 리액터는 하중이 내려올 때만이 아니라 모든 교대조의 매시간 수익을 돌려줍니다.

예외는 언급할 가치가 있습니다. 수출 시장이 그쪽으로 가고 있기 때문입니다. 구매자가 이미 취약한 전원에 수요 요금을 지불하고 있거나, 현장이 발전기로 돌아가 회생된 1킬로와트시가 곧 태우지 않은 디젤이라면, kWh당 가치는 계통 요금의 2~3배가 되고 20톤 사례는 5~8년 구간으로 들어옵니다. 배제하기 전에 전력의 실제 단가를 물어보십시오. 발전기 현장에서 그 답은 대개 0.12가 아닙니다.

해결 비용은 얼마이며, 어떤 순서로 투자해야 하나?

가장 저렴한 것부터, 그리고 저렴한 쪽이 일의 대부분을 해냅니다. 아래 비용은 13~18.5 kW 호이스트 드라이브, 즉 10~20톤 단일 거더를 커버하는 범위의 개략치입니다. 프로젝트 견적에서 나온 저희 계획 수치이며 가격표가 아닙니다.

조치	조치 후 전류 THD	조치 후 실제 역률	예상 비용	적합한 상황
5% 라인 리액터 또는 DC 링크 초크	33.9%	0.93	200~600달러	모든 수출용 크레인의 기본 사양
3% 라인 리액터	43.6%	0.90	150~450달러	패널까지 배선이 짧은 강한 유틸리티 계통
패시브 라인 고조파 필터	4.9%	0.98	1,200~3,500달러	발전기 전원, 또는 계약상 THD 수치가 있을 때
액티브 프런트 엔드 드라이브	1.3%	0.99	1,800~4,500달러 추가	회생이 어차피 필요하거나 한계가 엄격할 때
위상 변위 변압기 포함 12펄스	8.8%	0.98	6,000~15,000달러	드라이브당 약 75 kW 초과, 리액터로 부족할 때
공통결합점 액티브 필터	모선에서 5% 미만	1.0에 근접	4,000~12,000달러	개조 공사, 또는 드라이브가 이미 여러 대일 때
발전기 용량 과대 선정	변화 없음	변화 없음	15,000~40,000달러 추가	고조파 대책으로는 절대 아님. 전압 왜곡을 줄일 뿐 제거하지 못함

이 표에 대해 두 가지 말씀드릴 것이 있습니다. 첫째, 대부분의 구매자가 선택하는 것은 맨 아래 행입니다. 액세서리가 아니라 엔지니어링처럼 들리기 때문이며, 목록에서 가치가 가장 나쁩니다. 둘째, 맨 위 행은 사실 고조파 대책이라기보다는 아닙니다. 라인 리액터는 드라이브를 전원 과도현상과 커패시터 투입으로부터 보호하며, Pacific Gas and Electric의 적용 노트가 오작동 과전압 트립에 대한 표준 관행으로 3% 리액터를 권장하는 이유입니다. 고조파 저감은 덤으로 따라옵니다.

크레인이 발전기에 연결될 예정이라면 이 단계를 건너뛰고 곧바로 세 번째 행으로 가십시오. 패시브 필터는 46 kVA와 65 kVA 발전기의 차액과 비슷한 비용이며, 발전기가 해결하지 못하는 문제를 해결합니다.

RFQ의 전기 항목에는 무엇을 넣어야 하나?

열 줄입니다. 각 항목은 어느 시점에 저희나 고객에게 일주일을 잃게 만들었습니다.

1. 공급 전압, 주파수, 실측 허용 오차. 명목값이 아닙니다. 크레인 패널에서 355 V가 측정되는 현장은 400 V가 측정되는 현장과 다른 크레인입니다.

2. 전원 종류와 단락비. 유틸리티 변압기라면 kVA와 임피던스, 발전기라면 kVA와 과도 리액턴스입니다. 리액턴스 없이는 고조파 문제에 답할 수 없습니다.

3. 호이스트 기동 방식, 요구사항으로 명시. 직입, 성형-델타, 소프트 스타터 또는 드라이브. 공급자의 표준 사양에 맡기지 마십시오.

4. 드라이브 입력부 사양, 전부하 시 전류 THD 포함. "필터 적용"이라는 단어가 아니라 숫자로 요구하십시오. 크레인 전류가 16 A를 넘으면 IEC 61000-3-12에 따른 EMC 선언서를 요청하십시오.

5. 라인 리액터 또는 DC 링크 초크의 포함 여부와 그 비율. 도면에 없으면 패널에도 없습니다.

6. 실제 전원에 맞춘 모터 명판. 전압만이 아니라 볼트 퍼 허르츠입니다. 이 항목이 위 표의 60 Hz 함정을 예방합니다.

7. 기구부별 듀티 등급과 시간당 기동 횟수. 듀티 30%에서 시간당 180회 기동용으로 정격된 호이스트는 50%에서 300회용 모터와 다른 모터이며, 가격 차이는 실제입니다.

8. 제동 방식. 초퍼와 저항, 또는 회생. 하강 구간이 긴 현장이라면 저항의 듀티 정격도 포함하십시오.

9. 접지 및 잔류 전류 보호. Type B 또는 B+ 장치, 차폐 모터 케이블, 최대 케이블 길이, dv/dt 필터 필요 여부. 누가 무엇을 공급하는지 명시하십시오.

10. 드라이브 시운전 담당자와 그 기준. 공장에서 모터 명판으로 파라미터를 설정하는지, 현장에서 실제 전원으로 설정하는지. 작동하는 크레인과 아무도 재현할 수 없는 시운전 보고서를 가진 크레인의 차이는 대개 이 한 항목입니다.

자주 묻는 질문

단일 거더 크레인을 발전기로 운전할 수 있습니까?

가능하며, 실제로 그렇게 운전하는 사례가 많습니다. 발전기는 접속 부하가 아니라 가장 큰 모터의 기동 조건으로 용량을 산정하고, 전압 강하를 20% 이내로 유지하며, 호이스트 드라이브에 라인 리액터를 설치하십시오. 10톤 크레인은 호이스트를 직입 기동할 경우 39~46 kVA, 드라이브를 사용할 경우 20~24 kVA가 필요합니다. 다만 리액터 없는 6펄스 드라이브를 63 kVA 발전기에 그대로 연결하고 전압 파형이 IEEE 519 범위 안에 머물기를 기대할 수는 없습니다. 표준 전기 사양은 단일 거더 크레인 제품군을 참고하십시오.

17.6 kW 크레인에 왜 46 kVA 발전기가 필요한가요?

호이스트 모터는 인양할 때마다 2~3초 동안 전부하 전류의 6~8배를 끌어오고, 발전기는 그 구간에서도 전압을 유지해야 하기 때문입니다. 발전기는 17.6 kW의 운전 부하가 아니라 과도 상태를 기준으로 선정됩니다. 드라이브를 사용하면 이 과도 상태의 대부분이 사라지며, 이것이 저희 표에서 드라이브 급전 열이 직입 기동 수치의 절반 이하인 이유입니다. 그 절감액은 대개 드라이브 비용을 회수해 줍니다.

발전기 용량을 키우는 것이 라인 리액터보다 저렴한가요?

거의 그렇지 않으며, 대개는 아예 효과가 없습니다. 전원 임피던스만으로 전압 왜곡을 줄이려면 단락비가 약 34여야 하는데, 이는 과도 리액턴스가 3% 수준이라는 뜻입니다. 일반 발전기는 8~14%이므로, 한계선에 겨우 들어가려면 4배 용량의 발전기를 사야 합니다. 5% 라인 리액터는 수백 달러로 전류 THD를 101.5%에서 33.9%로 낮추며, 어느 발전기 용량에서도 제 역할을 합니다.

크레인에 Type B 누전 보호장치가 필요한가요?

주파수 변환기가 있다면 필요합니다. Doepke의 지침은 주파수 변환기를 사용하는 다상 장비, 그중에서도 크레인을 명시적으로 언급하며, 이런 장비는 Type B 또는 B+ 장치에서만 운전할 수 있다고 분명히 밝힙니다. 고장 시 Type A 장치가 감지하지 못하는 평활 직류 잔류 전류가 발생할 수 있기 때문입니다. 절연 변압기나 고정 배선 방식도 허용되는 대안입니다. 크레인 드라이브에 Type AC 장치를 쓰는 것은 언제 터질지 모르는 오작동을 준비하는 일입니다.

50 Hz 크레인을 60 Hz 전원에서 사용할 수 있습니까?

모터는 가능하지만 호이스트는 아닐 수 있습니다. 볼트 퍼 허르츠 비를 유지하면 모터는 20% 높은 속도에서 동일한 토크를 냅니다. 400 V 50 Hz 모터를 400 V 60 Hz에서 운전하면 이 비가 8.00에서 6.67로 떨어지고, 토크의 31%를 잃어 호이스트가 명판 하중을 들지 못합니다. 모터를 전원에 맞춰 주문하거나, 드라이브를 설치해 기본 전압과 기본 주파수를 명판값으로 설정하십시오.

호이스트용으로 회생 드라이브를 구매해야 합니까?

단일 거더에서는 아닙니다. A5 등급으로 운전하는 5톤 크레인의 회수 에너지는 연간 약 384 kWh, 금액으로 46달러인데 추가 비용은 1,500~3,000달러입니다. 중부하로 운전하는 20톤 크레인도 계통 전원 기준 회수 기간이 9~16년이므로 사업성이 없습니다. 다만 한계 발전비용이 디젤인 발전기 현장이나, ABB 자체 계산 예시에서 회생이 회수되는 50톤 이상 공정 크레인에서는 결론이 뒤집힙니다. 우선은 리액터에 투자하십시오.