비상용 발전기 용량 선정 계산법 — DOL·Y-△·인버터 기동 방식별 완전 정복

비상용 발전기 용량 선정 계산법
부하 특성과 기동 방식 완전 정복

⚡ 전력설비 설계 🔴 고급 KEC 170조 NFSC 기준 포함

01 / 개요 및 필요성

비상용 발전기란 무엇이며 왜 용량 선정이 중요한가

비상용 발전기(Emergency Generator)는 상용 전원이 정전되었을 때 소방설비, 비상조명, 엘리베이터, 의료장비 등 생명·안전과 직결된 부하에 전력을 공급하기 위해 설치되는 예비 전원 설비입니다. 단순히 "크게 선정하면 안전하다"는 생각은 잘못된 접근으로, 과소 선정 시 기동 실패·전압 강하, 과대 선정 시 경제적 낭비와 엔진 습식 현상(Wet Stacking)이 발생하므로 정확한 용량 계산이 필수입니다.

발전기 용량 선정은 크게 세 가지 기준을 동시에 만족해야 합니다. 첫째, 정상 운전 시 모든 부하의 합산 kW를 공급할 수 있는 연속 출력 용량. 둘째, 전동기 기동 시 순간적으로 발생하는 돌입 전류를 허용 전압 강하 이내로 감당할 수 있는 과도 용량. 셋째, 소방법·건축법·KEC에서 정한 최소 용량 기준 이상을 확보하는 법정 기준 용량. 이 세 가지 중 가장 큰 값을 최종 용량으로 채택해야 합니다.

실무 현장에서 가장 흔한 실수는 전동기 기동 방식별 돌입 전류 배수를 무시하고 단순 합산 부하만으로 발전기를 선정하는 것입니다. 본 글에서는 DOL·Y-△·인버터 기동 방식에 따른 용량 계산 절차를 수식과 예제, SVG 다이어그램을 통해 단계적으로 설명합니다.

📋 적용 기준 요약
KEC 170조(비상전원), 소방시설 설치·관리에 관한 법률(NFSC 기준), KS C IEC 60034(전동기 기동특성), NEMA MG-1, IEEE Std 446 (Emergency and Standby Power Systems)

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02 / 부하 특성 분류

발전기에 연결되는 부하 유형과 특성 분석

발전기 용량 계산에 앞서 연결 부하를 특성별로 분류하는 것이 핵심입니다. 부하는 크게 저항성 부하(Resistive Load), 유도성 부하(Inductive Load), 비선형 부하(Non-linear Load)로 나뉘며, 각각 발전기에 미치는 영향이 크게 다릅니다. 특히 유도전동기는 기동 시 정격 전류의 5~8배에 달하는 돌입 전류가 흐르기 때문에 가장 신중하게 다루어야 합니다.

비선형 부하(UPS, 인버터, 전력변환장치 등)는 고조파 전류를 발생시켜 발전기 전압 파형을 왜곡시키고 과열을 유발합니다. 이 경우 고조파 감소를 위한 발전기 서브트랜지언트 리액턴스(X"d) 조건을 별도로 검토해야 하며, 일반적으로 X"d ≤ 12% 이하인 저임피던스 발전기 사양이 요구됩니다.

💡

저항성 부하 비상조명, 전열, 히터 등. 기동 돌입 전류 없음. 역률 ≈ 1.0. 계산 가장 단순.

🔄

유도성 부하 (전동기) 소방펌프, 급배기팬, 엘리베이터. 기동 전류 = 정격 × 5~8배. 역률 0.8~0.85.

🖥️

비선형 부하 UPS, 인버터, 서버. 고조파 전류 발생. THD 고려 필요. X"d ≤ 12% 권장.

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의료용 격리 부하 수술실, 집중치료실. 무정전 전환 ≤ 0.5초 요구. 무순단 UPS 병행 권장.

부하 종류	기동 전류 배수	운전 역률	기동 방식	발전기 영향	비고
소방펌프 (37kW)	6~8배	0.85	DOL / Y-△	전압강하 최대	NFSC 12조
스프링클러펌프 (22kW)	5~7배	0.85	DOL	전압강하 큼	NFSC 10조
비상조명 (LED)	1.0배	0.95	즉시 투입	영향 미미	건축법 46조
비상 엘리베이터	3~5배	0.80	인버터(VFD)	고조파 주의	승강기안전기준
배연팬 (11kW)	5~6배	0.85	DOL / Y-△	전압강하 큼	건축법 49조
UPS (10kVA)	1.2~2배	0.90	즉시 투입	고조파 발생	X"d ≤ 12%
급수펌프 (5.5kW)	4~6배	0.85	DOL	전압강하 중	일반 설비

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03 / 용량 계산 절차

발전기 용량 선정 3단계 계산 절차

발전기 용량 선정은 반드시 순서에 따라 단계적으로 계산해야 하며, 각 단계의 결과 중 가장 큰 값이 최종 용량이 됩니다. 첫 번째 단계는 연속 출력 용량 계산으로 모든 부하의 kW 합산값을 발전기 효율과 여유율로 나누어 구합니다. 두 번째는 기동 용량 계산으로, 가장 큰 전동기가 기동할 때 허용 전압 강하(±15~20%) 이내에서 필요한 발전기 용량을 구합니다. 세 번째는 법정 최소 용량 기준과의 비교입니다.

1

연속 출력 용량 (PG1) 계산 전체 부하의 kW 합산 × 수요율 ÷ 발전기 효율(η) × 여유율(1.1~1.25). 운전 역률(cosφ)을 적용해 kVA로 환산.

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기동 용량 (PG2) 계산 최대 전동기 기동 시 허용 전압 강하 이내로 운전하기 위한 용량. 기동 방식(DOL·Y-△·인버터)에 따라 기동 kVA 배수가 크게 다름. 이 값이 PG1보다 훨씬 큰 경우가 많음.

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법정 최소 용량 (PG3) 확인 소방법·KEC·건축법 기준 비상 부하 합계의 최소 배수(통상 1.1배 이상) 확인. KEC 170조 및 NFSC별 개별 요건 검토.

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최종 용량 결정 PG1, PG2, PG3 중 최댓값을 최종 발전기 용량으로 채택. 표준 규격(kVA: 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300…) 중 상위 규격 선택.

⚠️ 핵심 주의사항
발전기 정격은 kW가 아닌 kVA로 표시됩니다. 역률 0.8 기준이므로 kW = kVA × 0.8입니다. 예: 200kVA 발전기의 연속 출력 = 200 × 0.8 = 160kW. 부하 합산은 kW로 계산하지만 발전기 선정은 kVA로 해야 합니다.

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04 / 기동 방식별 용량 계산

기동 방식에 따른 발전기 용량 계산법 비교

전동기 기동 방식은 발전기 용량 선정의 핵심 변수입니다. 전압 강하 허용 기준은 통상 순간 ΔV ≤ 15%(소방부하 기준 ΔV ≤ 15~20%)이며, 이를 초과하면 이미 운전 중인 전동기의 탈조 및 계전기 오동작을 초래합니다. 기동 방식별 기동 kVA 배수는 DOL이 가장 크고, 인버터(VFD) 기동이 가장 작습니다.

① DOL(직입 기동) 방식 용량 계산

DOL(Direct On-Line) 기동은 전동기를 전 전압으로 직접 기동하는 가장 단순한 방식입니다. 기동 전류가 정격의 6~8배로 가장 크기 때문에 발전기에 가장 큰 부담을 줍니다. 37kW 소방펌프를 DOL 기동할 경우 순간 기동 kVA가 수백 kVA에 달해 발전기 용량을 크게 올려야 하는 경우가 많습니다.

【DOL 기동 발전기 용량 계산식】

  기동 kVA = 전동기 정격 kW × 기동 전류 배수 / (효율 × 기동 역률)

  ▼ 예시: 소방펌프 37kW, DOL 기동, 기동전류배수 6배, 기동역률 0.35

  기동 kVA = 37 × 6 / (0.90 × 0.35)
           = 222 / 0.315
           = 704.8 kVA

  ▼ 허용 전압강하 ΔV = 15% 기준 필요 발전기 용량 (PG2)

  PG2 = 기동 kVA × (1 - ΔV) / ΔV × X"d
  PG2 ≈ 기동 kVA / (허용 ΔV 역수)
      = 704.8 × (1 / 0.15) × 0.25   ← X"d = 25% 일반 발전기 기준
      = 약 300 kVA 이상 필요

② Y-△(스타-델타) 기동 방식 용량 계산

Y-△ 기동은 기동 시 Y결선으로 전압을 1/√3배로 낮추어 전류를 1/3로 감소시키는 방법입니다. DOL 대비 기동 전류를 약 1/3로 줄일 수 있어 발전기 용량 절감에 효과적입니다. 단, Y→△ 전환 순간 약 2~3배의 전류 서지가 재발생하므로 전환 시점 관리가 중요하며, 발전기는 이 전환 서지도 견딜 수 있어야 합니다.

【Y-△ 기동 발전기 용량 계산식】

  Y기동 전류 = DOL 기동 전류 × 1/3

  ▼ 예시: 소방펌프 37kW, Y-△ 기동

  Y기동 kVA = DOL 기동 kVA × 1/3
            = 704.8 × 1/3
            = 234.9 kVA

  ▼ Y→△ 전환 시 서지 전류(약 2~3배 순간 발생)

  전환 서지 kVA ≈ 전동기 정격 kVA × 3 × 전환계수(0.5)
               = (37 / 0.9) × 3 × 0.5
               = 61.7 kVA (Y기동보다 작음, 문제없음)

  ▼ Y-△ 기동 시 필요 발전기 용량 (대폭 감소)

  PG2(Y-△) = 234.9 × (1/0.15) × 0.25
            = 약 100 kVA 수준으로 축소 가능

③ 인버터(VFD) 기동 방식 용량 계산

인버터(Variable Frequency Drive) 기동은 주파수와 전압을 서서히 올려 전동기를 부드럽게 기동하는 방식으로, 기동 전류를 정격의 1.5~2배 수준으로 제한합니다. 발전기 관점에서는 기동 용량이 가장 작아 유리하지만, 인버터 자체가 고조파 전류를 발생시켜 발전기 과열·전압 불안정을 유발할 수 있습니다. 이 때문에 인버터 부하 비율이 높을수록 발전기에 고조파 대응 사양(X"d ≤ 12%, 저임피던스 권선)이 필요합니다.

【인버터(VFD) 기동 발전기 용량 계산식】

  기동 kVA(VFD) = 전동기 정격 kW × 기동배수(1.5) / (η × cosφ_start)

  ▼ 예시: 비상 엘리베이터 11kW, 인버터 기동

  기동 kVA = 11 × 1.5 / (0.90 × 0.85)
           = 16.5 / 0.765
           = 21.6 kVA  ← DOL 대비 약 1/10 수준

  ▼ 단, 고조파 보정계수(K-factor) 적용 필요

  보정 용량 = 21.6 × K-factor(1.3)
            = 28.1 kVA

  ✅ 기동 측면에서는 인버터가 가장 유리하나
     고조파 보정 용량을 반드시 가산할 것

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05 / 계통 구성도

비상용 발전기 계통 블록 구성도

아래 SVG는 비상용 발전기에서 비상 부하까지의 전력 흐름을 단선결선도 형태로 나타낸 것입니다. 상용 전원과 발전기 전원은 ATS(자동 전환 스위치)를 통해 절환되며, 절대 병렬 투입되어서는 안 됩니다. 발전기 차단기(MCCB-G), ATS, 비상 분전반, 소방 전용 분기 회로로 구성됩니다.

▶ 비상용 발전기 계통 단선결선도(SLD)

📌 ATS 전환 시간 규정
소방법 시행규칙 및 NFSC 기준상 소방 전용 비상전원은 상용 정전 후 40초 이내에 자동 투입되어야 합니다. 발전기의 기동 준비 시간(8~30초) + ATS 전환 시간을 포함하여 설계해야 합니다.

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06 / 기동 전류 타임차트

기동 방식별 전류 파형 및 발전기 전압 강하 비교

아래 타임차트는 DOL, Y-△, VFD 세 가지 기동 방식에서의 기동 전류 크기 및 발전기 단자 전압 강하 패턴을 시각적으로 비교한 것입니다. DOL은 기동 순간 가장 큰 전류 피크와 가장 깊은 전압 강하를 보이며, Y-△는 중간, VFD는 가장 완만한 특성을 보입니다. 이 차이가 발전기 용량 선정에 직접적으로 영향을 미칩니다.

▶ 기동 방식별 전류 및 전압 타임차트

타임차트에서 확인할 수 있듯이, DOL 기동 시 발전기 단자 전압이 정격의 80% 이하까지 급격히 강하하는 경우가 발생할 수 있습니다. 이 경우 이미 운전 중인 타 전동기들이 저전압으로 과전류 → 열동계전기 트립 → 비상 부하 상실이라는 연쇄 고장을 초래할 수 있습니다. 따라서 대용량 전동기는 반드시 Y-△ 또는 VFD 기동을 적용하거나, 발전기 용량을 대폭 상향해야 합니다.

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07 / 종합 계산 예제

실전 종합 계산 예제 — 지하 2층 지상 15층 오피스텔

실제 프로젝트와 유사한 조건으로 비상용 발전기 용량을 처음부터 끝까지 계산하는 예제입니다. 지하 2층·지상 15층 오피스텔로, 소방펌프 37kW(DOL), 스프링클러펌프 22kW(Y-△), 배연팬 11kW(Y-△), 비상조명 10kW, 비상 엘리베이터 11kW(VFD), 공동 수용 설비 5kW가 비상 부하로 연결됩니다. 이 구성에서 발전기 용량을 단계별로 계산합니다.

번호	부하명	정격 kW	기동 방식	역률	수요율	유효 kW
①	소방펌프 (주)	37 kW	DOL	0.85	1.00	37.0 kW
②	스프링클러펌프	22 kW	Y-△	0.85	1.00	22.0 kW
③	배연팬	11 kW	Y-△	0.85	1.00	11.0 kW
④	비상조명 (LED)	10 kW	즉시투입	0.95	1.00	10.0 kW
⑤	비상 엘리베이터	11 kW	VFD	0.80	1.00	11.0 kW
⑥	공동설비 기타	5 kW	즉시투입	0.90	0.80	4.0 kW
합계 유효 kW						95.0 kW

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 STEP 1 — 연속 출력 용량 (PG1) 계산
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  합계 유효 kW = 95.0 kW
  발전기 효율 η = 0.92
  여유율 = 1.15 (권장: 10~25%)
  운전 역률 cosφ = 0.80

  PG1(kW)  = 95.0 / 0.92 × 1.15
           = 118.7 kW

  PG1(kVA) = 118.7 / 0.80
           = 148.4 kVA

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 STEP 2 — 기동 용량 (PG2) 계산
 ※ 최대 전동기 = 소방펌프 37kW (DOL 기동)
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  소방펌프 기동 kVA 계산:
  기동 전류 배수 = 6.5배
  기동 역률 = 0.35

  기동 kVA = 37 × 6.5 / (0.90 × 0.35)
           = 240.5 / 0.315
           = 763.5 kVA

  허용 전압 강하 ΔV = 15%
  발전기 X"d = 25% (표준형)

  PG2 = 기동 kVA × X"d / ΔV
      = 763.5 × 0.25 / 0.15
      = 272.3 kVA  ← PG1보다 훨씬 큼!

  ▼ 소방펌프를 Y-△으로 변경했다면?
  Y기동 kVA = 763.5 × 1/3 = 254.5 kVA
  PG2(Y-△) = 254.5 × 0.25 / 0.15
            = 90.8 kVA  ← 대폭 절감!

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 STEP 3 — 법정 최소 용량 (PG3) 확인
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  소방 부하 합계 = 37 + 22 + 11 + 10 = 80 kW
  NFSC 최소 요구 = 소방 부하 × 1.1
  PG3(kW)  = 80 × 1.1 = 88 kW
  PG3(kVA) = 88 / 0.8 = 110 kVA

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 최종 용량 결정
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  PG1 = 148.4 kVA
  PG2 = 272.3 kVA  ← 최댓값 (DOL 기동 시)
  PG3 = 110.0 kVA

  → 표준 규격 상위 선정: 300 kVA 발전기 채택
    (실 출력: 300 × 0.8 = 240 kW)

  💡 소방펌프 Y-△ 변경 시: 최대값 = 148.4 kVA
     → 150 kVA 발전기로 대폭 절감 가능!

💡 설계 최적화 포인트
소방펌프 37kW를 DOL → Y-△ 기동으로 변경하면 발전기 용량이 300kVA → 150kVA로 절반 절감됩니다. 단, 소방법령상 소방펌프 Y-△ 기동의 허용 여부를 관할 소방서와 사전 협의가 필요합니다. 최근에는 소프트스타터(Soft Starter) 적용도 검토됩니다.

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08 / 용량 선정 흐름도

발전기 용량 선정 절차 흐름도

▶ 발전기 용량 선정 로직 플로우차트

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09 / KEC 및 법규 기준

비상용 발전기 관련 KEC·법령 핵심 조항

비상용 발전기 설계에는 전기설비기술기준(KEC), 소방시설 설치·관리에 관한 법률 및 화재안전기준(NFSC), 건축법 시행령 등 여러 법규가 동시에 적용됩니다. 설계 전에 해당 건물의 용도·규모에 따라 어느 법규가 주관 법령인지 먼저 확인해야 하며, 복수의 기준이 충돌할 경우 더 엄격한 기준을 적용하는 것이 원칙입니다.

KEC 170조

비상전원 설비 일반

상용전원 정전 시 자동으로 비상전원을 공급해야 하는 설비 기준. 발전기·UPS·축전지 등 비상전원 종류 및 설치 요건 규정.

KEC 232조

전압 강하 허용 기준

간선 전압 강하 ≤ 2~5%. 기동 시 순간 전압 강하는 ±15~20% 이내. 발전기 용량 선정 시 이 기준 이하로 유지해야 함.

NFSC 11조

소화펌프 전원 기준

소화용 펌프 전동기는 상용전원과 비상전원을 각각 독립 회로로 배선. 비상전원 인가 후 40초 이내 운전 개시.

NFSC 12조

비상전원 용량 기준

옥내소화전·스프링클러 비상전원은 20분 이상 연속 운전 용량 확보. 특수장소는 60분 이상.

건축법 시행령 46조

비상조명 설치 기준

지하층·피난 경로·대규모 집합시설 등 비상조명 설치 의무. 정전 후 60분 이상 점등 유지 용량 확보.

KEC 351조

ATS 설치 기준

자동 전환 개폐기(ATS)는 상용·비상전원 동시 투입 방지(Interlock). 절환 시간 기준 및 역전력 보호 요건 포함.

📘 KEC vs 구 내선규정 차이점
2021년 시행된 KEC(한국전기설비규정)는 구 내선규정·전기설비기술기준 판단기준을 통합·개편한 것입니다. 기존 도서에서 "내선규정 3710절" 등으로 인용된 조항이 KEC에서 조항 번호가 변경되었으므로, 반드시 최신 KEC 기준으로 확인해야 합니다.

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10 / 현장 팁 & 안전수칙

발전기 설치·시험 시 현장 실무 팁과 안전수칙

발전기 용량을 올바르게 계산했다 해도 현장 설치 단계에서 발생하는 실수로 비상전원이 제대로 작동하지 않는 경우가 많습니다. 특히 ATS의 인터록 배선 오결선, 발전기 접지 누락, 연료 배관 누유 등은 중대한 안전사고로 이어질 수 있으므로 반드시 시운전 체크리스트를 작성하고 단계별로 확인해야 합니다.

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ATS 인터록 반드시 확인 상용·발전기 동시 투입 방지 인터록(기계적+전기적 이중) 미설치 시 발전기 소손·역조류 사고 발생. 시운전 전 반드시 테스트.

🛢️

연료 탱크 용량 검토 NFSC 기준 최소 운전시간(20~60분) 이상 연료 확보. 디젤 기준: 소비량(L/h) × 운전시간 + 10% 여유. 연료 배관 누설 방지.

🌡️

냉각수·기동배터리 주기적 점검 냉각수 부족 및 납산 배터리 방전은 비상 시 기동 실패의 1위 원인. 6개월마다 냉각수 교환, 배터리 비중 측정 권장.

📏

발전기실 환기 면적 계산 발전기 발열량 기준 환기량 산정. 배기 덕트는 정압 설계 필수. 흡기·배기 분리, 역류 방지 댐퍼 설치 권장.

📋

월 1회 정기 무부하 시운전 장기 미가동 시 엔진 습식 현상(Wet Stacking) 및 연료 변질 발생. 최소 30분 이상 무부하 시운전으로 예방.

⚡

부하 투입 순서 관리 발전기 기동 후 전압 안정(3~5초) 확인 후 부하 투입. 대형 전동기부터 순차적으로 투입해 초기 과부하 방지.

⚠️

병렬 투입 절대 금지 ATS 없이 상용·발전기 동시 투입 시 단락 사고 및 역전력으로 발전기 파손

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연료실 방화 구획 디젤 발전기 연료 탱크는 방화 구획(1시간 내화) 내 격리 설치. 소화기 비치 필수

🌬️

배기가스 CO 중독 주의 밀폐 공간 배기가스 역류 방지. 배기 덕트 외부 배출 및 CO 감지기 설치

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비인가자 접근 통제 발전기실 잠금 관리. 운전 중 고전압·회전체 노출 부위 보호 커버 유지

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보너스 / 자격시험 포인트

전기기사·전기공사기사 시험 핵심 출제 포인트

비상용 발전기 용량 계산은 전기기사·전기기술사 실기 시험에서 빈출되는 계산 문제입니다. 특히 기동 방식에 따른 기동 kVA 계산, Y-△ 기동 시 1/3 감소 원리, 허용 전압 강하와 발전기 X"d 관계식이 자주 출제됩니다. 아래 핵심 공식을 반드시 암기하고 단위 변환(kW ↔ kVA)에 주의하세요.

📝

기동 kVA 기본식 기동 kVA = P[kW] × 기동배수 / (η × cosφ_start)
DOL: 배수 6~8, Y-△: DOL의 1/3

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필요 발전기 용량식 PG = 기동 kVA × X"d / ΔV
X"d: 발전기 서브트랜지언트 리액턴스(%)

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kW ↔ kVA 변환 kVA = kW / cosφ
발전기 정격 역률 cosφ = 0.8 기준 적용

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Y-△ 기동 원리 Y기동 전압 = 정격의 1/√3
Y기동 전류 = DOL의 1/3
Y기동 토크 = DOL의 1/3

⚠️ 시험 빈출 오답 패턴
① kW와 kVA를 혼용하는 실수 (발전기는 kVA 기준, 부하는 kW 기준으로 각각 계산 후 최종에 변환)
② Y-△ 기동 후 전환 시 발생하는 순간 서지를 무시하는 경우
③ 발전기 효율(η)과 역률(cosφ)을 구분하지 못하는 경우
④ 허용 전압 강하 기준이 ±15%인데 15%를 0.15가 아닌 15로 대입하는 실수