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전원설비 강의 080918.hwp 1

특별고압 수전결선도

-. 1,000kVA 이하는 간이 수전 가능

-. TC 전원은 DC 또는 CTD

66kV이상은 DC

-. LA용 DS는 생략 가능

Disconnector 또는 Isolator 부

-. 공동주택 등에는 예비선

-. 지중선인 경우

Y계통 : CN-CV

△계통 : CV

침수 : 수 형 CNCV-W


-. CB 1차측 10kVA이하 변압기 설치

-. PF 대신 자동고장구분개폐기 가능

7,000kVA 초과시 Sectionalizer

66kv 이상의 경우 LS

-. 기타는 동일



-. 1,000kVA 이하는 간이 수전 가능

-. TC전원은 DC 또는 CTD

66kV이상은 DC

-. LA용 DS는 생략 가능

Disconnector 또는 Isolator 부

-. 공동주택 등에는 예비선

-. 지중선인 경우

Y계통 : CN-CV

△계통 : CV

침수 : 수 형 CNCV-W

특별고압 간이수전결선도

-. 300kVA 이하는 자동고장구분개페기 대신

Int. Sw 사용가능

-. 300kVA 이하는 PF 대신 COS 가능

(비대칭 차단전류 10kA 이상)

-. 간이수전설비는 결상사고 대책 없음

변압기 2차측 차단기 대책 필요


수전방식의 분류

1. 전용선 수전방식

2. T분기 수전 방식

3. 평행 2회전 수전 방식

( 동일 계통 수전, 다른 계통 수전)

4. π인입 수전 방식

5. 2회선 상용, 예비 수전 방식

(동일 계통 상용, 예비 수전, 다른 계통 본, 예비수전)

6. Loop 수전 방식

7. Spot network 수전

1. 전용선 수전방식

-. 배전용변전소(2, 3차 변전소)에서 전용의 송전선으로 수전

-. 타수용가로부터의 부하변동에 의한 전압변동률도 적고,

사고에 따른 다른 수용가에 영향을 주지 않거나, 받지 않는다.

-. 전용선시설이 용이한 배전용변전소가 가까이 있다면 유리

-. 배전용 변전소가 멀리 떨어져 있으면 전용선 시설을 위한 공사비가 증가

2. T분기 수전 방식

-. 가까운 배전선에서 분기하여 수전

-. 가장 일반적인 수전방법

-. 다른 수용가의 부하 변동이나 사고 때의 영향을 받는다

-. 배전선로의 용량 등에 의해서

수용가에 공급제한이나 부하 증설 때에 계약전력 등에도 영향을 받다.

-. 경제적인 설비


3. 평행 2회전 수전 방식

-. 상시 2회선에 의하여 상시 병렬로 공급

-. 신뢰도가 높은 수전 방식

-. 각각의 회선마다 전부하전류를 흘릴 수 있는 용량이 필요

-. 상용회선(본회선)과 예비회선의

동일계통수전방식과 다른 계통수전방식으로 분류

동일 계통 수전

-. 본, 예비회선 모두 동일 전원, 동일모선에서 공급

-. 1회선 수전 방식보다 신뢰도가 높다

-. 중, 고층 빌딩이나 공장 등에서 많이 채용

다른 계통 수전

-. 신뢰도가 높다(각 회선의 전원(송전계통)이 다름)

-. 상용회선의 모선이나 송전계통 등의 사고 등에 대해서도

예비회선에서의 공급이 가능하기 때문에 공급 신뢰도 더욱 높다.

4. π인입 수전 방식

-. 동일계통 1회선을 loop 모양으로 구성하여 수전

-. 모선 고장 때에는 수용가 전부가 전력 공급이 중단

-. 평상시는 loop 수전과 같은 방식으로 있기 때문에

모선 사고 이외는 무정전 수전이 가능

5. 2회선 상용, 예비 수전 방식

(동일 계통 상용, 예비 수전, 다른 계통 본, 예비수전)

-. 수전선로를 2회선 설치하여 수전을 행하는 방식

-. 1회선 수전에 비하여 설비비는 고가


-. 상용회선이 사고나 고장으로 정전된 경우에도 예비회선으로 절환

정전시간의 단축 혹은 무정전 절체도 가능한 전원의 신뢰도가 높은 수전 방식

6. Loop 수전 방식

-. 부하 도가 높은 대도시의 배전 방식

-. 배전용 변전소로부터 2회선을 근접하는 수개소의 수용가를 환상으로 공급

-. 開(open) loop 방식과 閉(closed) loop 방식의 2가지 방식

-. 어느 쪽도 사고, 고장 시에는 고장 개소를 고속도 계전기 방식에 의하여

고장 구간을 제외할 수 있도록 보호장치를 설치하여 수급

-. 개 Loop 방식

처음부터 Loop 전로의 일부를 개방하고

고장 발생 시에 개방되어 있던 차단기를 투입하여 완전 Loop가 구성

수용가는 일부에서 잠깐 정전되지만, 극히 짧은 시간 내에 공급이 가능

-. 폐 Loop 방식

상시 완전 loop를 형성하여 항상 2회선 수전하고, 무정전 공급이 가능

-. Loop 선로의 수전용 차단기는(CB)는

사고, 고장시에 수용가 독자적으로 조작할 수 없으며

조작할 때에는 배전용 변전소의 지령을 따르지 않으면 안 된다.

-. 고장 구간의 검출이나 제거 등을 위해서 보호방식이 복잡

수전용 차단기와 선로도 LOOP 전로의 일부가 되기 때문에

LOOP를 구성한 전 수용가의 부하를 전부 공급할 수 있는 용량이 필요

-. 수급 신뢰도는 높지만 보호장치가 복잡하고, 설비가가 고가이다.

7. Spot network 수전방식

-. 3회선 이상 회선으로 T분기 수전

1차단로기 또는 부하 개폐기(LDS)를 설치 Network 변압기에 접속

-. 변압기의 2차측은 Network ProTect Fuse(Pro.F)에 의해 회로의 단락 보호.

-. 1 ~ 4회전 수전을 하기 때문에 배전선로의 사고에 대하여, 전원설비 강의 080918.hwp 6

1회선이 정전되어도 남은 건전 회선으로부터 공급되어 무정전이 된다.

가장 신뢰도가 높은 수전 방식

-. 과부하에 견디는 Network 변압기의 용량 설정이 필요

-. 각 변압기군이 병렬로 접속

사고, 작업으로 배전 중지 또는 네트워크 변압기의 운전정시에도 계속 수전

네트워크 프로텍터의 차전압 투입특성

-. 고장의 제거 또는 점검이 완료된 후에 변전소의 휘더 차단기를 투입하면

네트워크 변압기의 2차측에는 전압이 회복된다.

-. 네트워크 프로텍터의 투입제어요소가 변압기의 2차측 전압과

네트워크 모선전압을 비교하게 되며 전자가 후자보다 크고,

위상이 진상임을 검출하면 자동적으로 프로텍터 차단기를 투입

배전선에 접속되어 있는 변압기는 자동적으로 정상적인 병렬운전

Spot Network 수전방식

1) Spot Network 수전은 3회선 이상으로,

정전이 발생하지 않는다는 가정하에 수전하는 방식

가장 신뢰성이 높다. (중요 시설물에 채용)

① Network Protector에 의해 전원, 배전선, 변압기 등의 고장 시

자동 Trip 및 고장회복 시 재 투입이 자동으로 이루어진다.

② 변압기 1대를 제외해도 나머지 변압기로 부하를 처리하도록

허용 과부하율을 선정하므로 신뢰도가 높은 전원 공급이 가능.


2) Spot-Network 구성 및 운전

<Spot Network 수전방식> <Network Protector>

1차단로기(부하개폐기)

-. 네트워크변압기의 1차측에 설치

-. LBS, SF6 개폐기를 사용

-. 22~33[kV] 변압기의 여자전류 1[A]를 개폐

네트워크 변압기

-. 몰드변압기나 가스절연변압기를 사용

-. 2회선 정전시 건전회선으로 최대수요에 견딜 수 있어야하고

130[%] 8[시간]의 과부하운전에 사용할 수 있어야 한다.

3) Network Protector 특성

-. 프로텍터차단기(NWP)와 제어하는 계전장치와 프로텍트 SW로 구성

구성 :


-. 프로텍터 차단기

-. 프로텍터 퓨즈

-. 테이크오프 차단기, 테이크오프 퓨즈

-. 네트워크릴레이

프로텍터 차단기

-. 사고회선을 차단시키는 역할(고압 : VCB, 저압 : ACB)

-. 고압에서는 단락차단도 되지만

저압SNW의 경우는 프로텍터 퓨즈와 차단전류영역을 분담하여

변압기 1차측 단락사고시 전원측으로 역류하는 단락전류와 지락전류를 차단

프로텍터 퓨즈

-. 후비보호개념으로 변압기 2차측 이후에서 단락사고 발생시

대전류를 차단하는 한류효과가 높은 전력퓨즈 사용

테이크오프 차단기, 테이크오프 퓨즈

-. 네트워크 모선에서 각 부하로 분기

-. 고압은 VCB, 저압은 ACB, MCCB가 사용된다.

네트워크릴레이

-. 사고의 발생 및 복구를 검출하여 프로텍터 차단기를 개폐한다.

-. 네트워크프로텍터의 심장부로 신뢰도가 요구된다.

네트워크릴레이

① 역전력 차단：

-. 배전선로측 고장시

67(역전력계전기)Relay에 의해 차단기 Trip


② 차(差)전압 투입：

-. 고장 구간이 정상화되면

78(위상계전기)Relay에 의해 전압위상을 검출하여 차단기 자동투입

③ 무전압 투입：

-. 전 회선이 정전 상태에서

어느 한 회선이 복전되면 84(전압계전기)Relay에 의해 자동 투입

4) Network Protector 오동작 원인

① 부하측에 연결된 병렬 운전 발전기 역전력

차단, 완벽한 Interlock.

② 진상용 콘덴서의 과보상에 의한 모선전압 상승

③ 전동기의 회생전력

<보호협조 관계>


건축전기설비를 분류

최근 빌딩․아파트․공장 등의 건축물이 대규모화․ 고층화․ 인텔리젼트화 됨에 따라

건물에 대한 쾌적성과 기능성이 추구되고 있다.

건축설비는 크게 기계설비와 전기설비로 나눈다.

기계설비：항온항습, 공기조화, 급․배수 및 위생비

전기설비：전력, 정보, 방재로 구분.

건축물전기설비의 분류

① 기능에 의한 분류：

전력부하설비, 전원설비, 전력공급설비,

감시제어설비, 반송설비, 정보설비, 방재설비

② 전류에 의한 분류：

강전류설비, 약전류설비

건축전기설비

1) 전력부하설비

2) 전원설비 :

3) 전력공급설비 :

4) 감시제어설비 :

5) 반송설비 :

6) 정보설비

7) 방재설비 :

전력부하설비

① 조명설비：일반조명용 전등, 외등, 비상조명


② 동력설비：공기조화, 급배수, 위생, 엘리베이터설비

③ 전열설비：일반콘센트, 비상콘센트

④ 비상동력：비상엘리베이터, 배연팬, 소화펌프 등

전원설비 :

-. 수전설비, 변전설비, 예비발전설비, UPS등으로 구성

-. 전원설비로부터의 전력을 부하설비로 공급하는 설비

주로 간선 및 분기 설비가 이에 해당

(플로어덕트, 버스덕트, 케이블랙설비 등)

감시제어설비 :

-. 전원설비, 전력부하설비, 전력공급설비 전반을 감시하고 제어하는 설비

-. 중앙집중감시, 분산제어감시 System

-. 최근에는 Computer를 이용한 감시제어 System이 적용

반송설비 :

-. 엘리베이터, 에스컬레이터, 덤웨이터, 컨베이어

및 Air Chute, 곤도라 등의 설비.

정보설비

① 확성설비

② 전화설비

③ 표시설비

④ 전기시계

⑤ TV 공청안테나 설비

⑥ New Media 정보설비 등


방재설비 :

건축물에서 발생하는 화재, 재난을 예방 또는 방지하는 설비로써

① 자동화재탐지설비

② 피뢰침설비

③ 방범설비

④ 항공장애등설비 등.

건축전기설비의 최근 동향

-. 쾌적한 환경 조성

-. 정보 통신기반 서비스(TC)

① 기본 통신 확충：

② 고도 통신 확충：

-. 사무자동화(OA)

-. 빌딩자동화(BAS)

쾌적한 환경 조성

-. 쾌적한 시환경 조성을 위하여 건축화 조명의 확대적용 및 눈부심,

조명환경 및 적정온도, 습도유지로 쾌적한 근무 환경을 추구

정보 통신기반 서비스(TC)

빌딩의 수명은 적어도 50년 이상

추후 각종 통신 방식이나 기기의 도입설치가 가능하도록, 배선 방식을 미리 준비

① 기본 통신 확충：

기본음성통신망(전화, 공중 서비스, 전용선, 고속디지털 회선)과

데이터 통신망 구축

② 고도 통신 확충：

고속디지털 전송, 전자메일 등 시스템 구축 및 LAN, 위성 통신망 구축


사무자동화(OA)

건축물내의 사무용 단말기 등을 활용할 수 있는

근거리 통신망을 구축하여 상호정보교환이 원활하도록 추구

빌딩자동화(BAS)

빌딩관리의 전기, 위생, 공조 설비의 중앙제어와

엘리베이터, 방화방재, 방범설비 등을 사무자동화 기기와 연결시키고

통합운영하므로써 인건비절약 및 생에너지화를 추구

수전방식 선정시 검토사항

1) 건물의 용도 및 부하의 중요도

2) 예비전원설비(자가 발전설비, 무정전 전원장치)의 유무

3) 전원의 공급신뢰도(정전실적：회수, 시간)

4) 경제성

수전 방식의 종류

1회선 수전 방식,

평행 2회선 수전 방식,

Loop 수전 방식,

본선+예비회선 수전방식,

Spot Network 수전 방식


평행 2회선 수전 방식경 제 성 : 투자비가 많다

신 뢰 성 : 높다

정전시간 : 단시간

특 징

․ 한쪽 배전선사고에 대비 할 수 있음

․ 신뢰성이 높으나 투자비가 많다.

․ 보호계전 방식이 복잡

Loop 수전 방식경 제 성 : 중간


정전시간 : 순시

특 징

․ 경제적이지만

인근에 Loop수용가가 없는 경우

채택 곤란


본선+예비회선 수전 방식경 제 성 : 투자비가 많다.


정전시간 : 단시간

특 징

∙ 정전시 예비선으로 전원공급가능

∙ 신뢰성이 높으나

경상비가 많이 든다.

Spot Network 수전 방식경 제 성 : 투자비가 가장 많다.

신 뢰 성 : 가장 높다

정전시간 : 거의 없다

특 징

∙ 신뢰성이 가장 높다.

∙ 정전시간이 거의 없다.

∙ 국내에서는 아직 적용된 적이 없다.


수변전설비란

-. 전력회사로부터 특고압 또는 고압으로 수전한 전력

-. 부하설비의 종류에 적합한 전압으로 변성하기 위한 변압기,

배전반, 각종안전개폐 장치, 계측 장치 등의 수변전 장치와

이들을 수납하기 위한 수변전실, Cubicle을 말한다.

수변전설비 계획 방법 Flow Chart

안전성

㉠ 인간에 대한 안전：


실현가능한 최상의 안전장치 채용

㉡ 재산에 대한 안전：

경제성을 감안한 안정장치를 채용하되

간접적으로 인간에 미치는 영향 감안하여 채택

환경성

㉠ 직접적으로 인간에 영향을 주지 않아도

제2차, 제3차 파급이 장․단기에 걸쳐 환경을 해치지 않는 배려

㉡ 인간존중을 위한 환경영향평가계획수립(소음, 진동, 공해등)

수전설비 용량산출

① 부하군마다 수용률 부하율을 감안하여 수전설비 용량산출

㉠ 최대 수용전력= Σ (부하설비 용량×수용률)

㉡ 수전설비 용량= 역률×효율최대수용전력

② 장래 증설을 감안하여 용량 검토

③ 부등률 적용

Two Step 방식을 채택하는 경우 Main TR에만 부등률 적용

기기 배치 및 배열<기기 배치시 고려사항>

① 보수 점검 필요공간 및 방화상 유효공간 확보

② 부하 증설에 대비한 공간 확보

③ 기기 반출입 통로 확보

④ 보수 점검에 필요한 통로 확보

설계도 작성

① 단선․복선 결선도(주회로 결선도)

② 기기 배치도


③ 접지 계통도

④ 제어 회로 배선도

⑤ 전력 인입 배선도

⑥ 기타 각종 상세도

공사 발주

① 수량산출, 내역서 작성

② 자재의 관급․사급 여부판단

③ 특기시방서 및 설계개요서 작성

Spot network 수전방식

-. 3회선 이상 회선으로 T분기 수전하고,

1차단로기 또는 부하개폐기(LDS)를 설치 Network 변압기에 접속

-. 변압기의 2차측은 Network Pro-Tect Fuse(Pro.F)에 의해 회로의 단락 보호

-. 1~4회전 수전을 하기 때문에 배전선로의 사고에 대하여,

1회선이 정전되어도 남은 건전 회선으로부터 공급되어

무정전수전이 가능하므로 가장 신뢰도가 높은 수전 방식

-. 나머지 network 변압기(Nw.Tr)에 의하여 전부하를 공급하므로

과부하에 견디는 network 변압기의 용량 설정이 필요

-. 변압기군이 언제나 2차측에서 병렬로 접속되므로 네트워크 배전선의 사고,

작업으로 배전 중지 또는 네트워크 변압기의 운전정지시에도

이들 정지, 사고와는 관계없이

나머지의 네트워크 배전선에 의해 계속 수전할 수 있으며

신뢰도가 높은 수전방식

-. 여러 가지 고장의 제거 또는 점검이 완료된 후에

변전소의 휘더 차단기를 투입하면

네트워크 변압기의 2차측에는 전압이 회복되면


네트워크 프로텍터의 투입제어요소가 변압기의 2차측 전압과

네트워크 모선전압을 비교하며 전자가 후자보다 크고

위상이 진상임을 검출하면 자동적으로 프로텍터 차단기를 투입, 복구

배전선에 접속되어 있는 변압기는 자동적으로

정상적인 병렬운전 상태로 복귀한다.

네트워크 프로텍터의 차전압 투입특성이라 한다.


스폿네트워크 수전방식

1차단로기(부하개폐기)

네트워크 프로텍트 단선결선도

윗 그림과 NWF(프로텍트 퓨즈)와

NWP(프로텍트차단기)의 위치가 바뀜


1차 단로기(부하 개폐기)

-. 네트워크 변압기의 1차측에서 설치

-. 기중부하 개폐기(LBS), SF6개폐기가 사용

22~33[kV] 변압기의 여자전류(3[A] 정도)를 개폐할 수 있을 것

네트워크 변압기

-. 몰드 변압기나 SF6 가스 절연변압기를 사용

-. 1회선 정전시 다른 건전한 회선만으로도 최대 수요에 견딜 수 있어야 하고

130[%] 8[시간]의 과부하운전에 사용할 수 있어야 한다.

네트워크 프로텍터

-. 프로텍터 차단기(NWP)와 제어하는 계전장치 및 프로텍터 퓨즈로 구성된다.

네트워크 프로텍터

① 프로텍터 차단기

사고 회선을 차단시키는 역할

고압스폿네트워크의 경우는 VCB, 저압의 경우에는 ACB가 사용

고압의 경우는 단락차단도 되지만 저압 SNW(스폿 네트워크)의 경우는

프로텍터 퓨즈와 차단전류 영역을 분담하여 변압기 1차측 단락사고 발생 시에

전원측으로 역류하는 단락전류 및 지락전류를 차단한다.

② 프로텍터 퓨즈

후비보호 개념으로 변압기 2차측 이후에서 단락사고가 발생한 경우

대전류 차단하는 한류효과 높은 전력퓨즈 사용

③ 테이크오프 차단기, 테이크 오프 퓨즈

네트워크 모선에서 각 방면의 부하로 분기되는 것인데

고압은 VCB, 저압은 ACB, MCCB가 사용된다.


네트워크 릴레이

-. 사고의 발생 및 복구를 검출하여 프로텍터 차단기를 개폐

-. 네트워크 프로텍터의 심장부

신뢰도 높은 네트워크 운전을 하기 위해서는 다음과 같은 특성이 요구된다.

㉠ 무전압 투입

㉡ 역전력 차단 특성

㉢ 전압 투입

㉠ 무전압 투입 :

-. 네트워크모선이 무전압일 때 1회선이라도 복전되면

그 회선의 프로텍터 차단기를 자동적으로 투입한다.

㉡ 역전력 차단 특성 :

-. 특별고압 배전선 가운데 1회선에 단락사고가 발생한 경우

변전소의 차단기는 차단되지만 다른 회선에서

네트워크 모선을 경유하여 전력이 단락점으로 우회하므로

단락되고 있는 회로를 프로텍터 차단기로 차단시켜야 한다.

-. 특고압측 배전선에 지락사고가 발생한 경우라든가 1회선이 휴지상태인 경우

변전소의 차단기는 개방되지만 네트워크 모선으로부터 우회에 의해

특별고압측의 전압이 인가되므로

변압기의 여자전류와 1차측 케이블의 충전 전류를 검출하여 역전력을 차단.

㉢ 차전압 투입 :

․ 다른 수용가의 변압기 사고에 대해서

사고구간을 제거하기 위해 1뱅크를 차단시켜야 한다.

차단후 사고의 복구 등으로 차단기를 자동 투입한다 (프로텍터 차단기).

․ 1회선이 휴지되었기 때문에 다른 회선 변압기의 부하 분담이 많아져

네트워크 모선측의 전압이 강하한다.


․ 재송전된 회선의 변압기 2차측 전압과

네트워크 모선측 전압의 차이를 검출하여

어떤 값 ( 1[V] 정도 ) 이상이 되었을 때와 변압기의 2차측과

네트워크 모선 측의 전압 위상을 비교하여

변압기 2차 전압의 위상이 앞섬이라는

두 가지 조건을 만족하였을 때 자동적으로 프로텍터 차단기를 투입한다.

기본계획입안의 고려사항

① 건물의 용도(부하의 종류) ② 부하 조사

③ 수변전설비 용량과 계약전력 ④ 수전전압과 수전방식

⑤ 단선결선도 작성

⑥ 비상용 발전설비의 용량과 절환방식

⑦ 배전 선압과 주회로의 결선방식

⑧ 보호협조와 보호방식

⑨ 수변전 설비의 형식과 기기의 시방, 정격

⑩ 감시제어방식

⑪ 전기인입과 인입방식

⑫ 전기실의 위치와 크기 및 배치

수변전설비 계획수립에 필요한 조건

계획의 이면성 : 투지조건과 최대한의 안전을 확보

지역성 : 공급조건 및 지리적 기상족조건의 확인

법적제약 : 전기와 직접적, 간접적인 관련법규의 확인

안전성 : 인간을 위한 최상의 안전방식 고려/ 설비의 경제적인 관계 설정

환경대책 : 장, 단기에 걸쳐서 제3자의 생활환경을 배려

신뢰성 : 부하가 요구하는 최소로 필요로 하는 전기품질의 만족

경제성 : 투자비, 장래의 비용 까지를 고려하여 검토


조작, 취급 : 공급신뢰도와 안전의 유지

전압변동 : 특수설비, 기기의 전압변동에 검토

확장성 : 장래의 증설을 예측하여 반영

피뢰기(Lighting Arrester)

-. 전력설비의 기기를 이상전압(개폐시 발생하는 이상전압 또는 낙뢰)으로부터

보호하는 장치

-. 단자전압이 이상전압의 침입으로 일정전압 이상으로 올라갔을 때

신속히 동작하여 일정전압 이하로 이상전압을 억제하고

방전 후 자동적으로 회복시키는 기능

피뢰기의 기능.

① 이상전압의 침입 시 신속히 방전특성을 가질 것

② 방전후 이상전류 통전시의 단자전압이 일정 값 이상으로 올라가면

전압상승을 억제한다.

③ 이상전압이 없어져서 단자전압이 일정값 이하가 되면

즉시 방전을 정지하고 자동 회복하는 능력을 가질 것

④ 반복동작에 대하여 특성이 변화하지 않을 것

피뢰기의 설치 위치

전기설비기술기준에 정하는 장소 (고시 제46조, 제 47조)

① 고압(특별 고압) 가공 전선으로부터 수전하는 경우에는 수용장소의 인입구

② 가공 전선로에 접속하는 배전용 변압기의 고압측 및 특별고압측

③ 가공전선과 지중전선이 접속되는 곳 (최근에 신설)

④ 발․변전소 또는 이에 준하는 장소의 가공전선 인입구 및 인출구 등 .


피뢰기와 피보호기기의 위치

-. 피뢰기와 기기가 같은 곳에 있으면

기기에 걸리는 전압은 피뢰기의 단자전압과 같지만

거리가 떨어져 있으면 침입파형, 기기 및 선의 배치 등에 따라

피뢰기로 억제되는 전압 Vp보다 큰 값이 된다.

-. 서지 침입측에서 보아 피뢰기보다 앞쪽에 있는 기기에

걸리는 전압을 Vt라 하면

일반적인 피뢰기의 위치는

피 보호기기로부터 20[m] 이내로 설치되어야 한다.

피뢰기로억제되는전압 침입측에서볼때앞쪽에걸리는전압 침입파의파두전압 차폐선로 케이블 거리 서지의전파속도가공선 케이블

1회선 수전의 경우 피뢰기와 피보호기기와의 최대유효 이격거리

선로전압[kV] 유효이격거리[m]

345 85

154 65

66 45

22 20

22.9 20

피뢰기의 종류와 구조

① 구조에 따른 종류 : 변저항형, 지형, 방출형, 산화아연형


특성 요소별 V-I곡선

② 구조 : 직렬 갭 + 특성요소(Sic)

③ 갭레스형 (Gapless) : 비직선저항특성의 산화아연소자(ZnO)를 적용한

피뢰기 (산화아연형 피뢰기)의 특징

-, 구조가 간단하고 소형 경량

-. 급준파 제한전압 특성이 우수

-. 전압 - 전류의 비직성

-. 다중뢰 처리능력을 보유

-. 수명이 길다.

피뢰기의 정격전압

① 비유효 접지계통：피뢰기 정격전압=공칭전압×

② 유효 접지계통：

피뢰기 정격전압 ×

여기서, α：접지계수 β ：여유도

k：α×β (보통 115%)

Vm：최고허용전압[kV]

③ 공칭전압을 V라 할 때： (직접접지계)정격전압=0.8V∼1.0V


(소호리액터, 저항접지계) 정격전압=1.4V∼1.6V

④ 내선규정에 의한 방법： 22.9[kV]→18[kV], 21[kV], 3.3/6.6[kV]→7.5[kV]

공칭방전전류：10[kA], 5[kA], 2.5[kA]

1) 10[kA]：

발전소, 154[kV] 이상 전력계통, 66[kV] 이상 변전소, 장거리 송전선

2) 5[kA]：

변전소(66kV이하 계통, 3,000kVA 이하 뱅크)

3) 2.5[kA]：

배전선로, 일반 수용가

단로장치：

피뢰기 열화시 지락전류가 단로장치 파괴→대지로부터 분리

22.9[kV]용 피뢰기는 반드시 취부되어야 함

접지선 굵기：

× [㎟]

여기서, S：접지선 굵기[mm2] t：고장계속 시간(22kV, 1.1적용)

IS：고장전류[A]

구조

-. 피뢰기는 직렬갭과 특성요소로 되어있는 단위소자를

필요개수만큼 포개서 애자 속에 봉한 구조

필요에 실드링을 부착한다.

① 직렬 갭

계통의 정상전압에서는 절연상태를 유지하여 방전을 억제하고 전원설비 강의 080918.hwp 28

이상전압 발생시 방전하여 대지로 속류시키는 특성을 가진다.

② 특성요소

큰 방전 전류에서는 저항값이 적어져 속류하여 제한전압을 낮게 억제하고,

낮은 방전전류에 대해서는 저항값이 높아져서 직렬갭의 속류차단을 돕는다.

피뢰기 단로장치(Disconnector 또는 Isolator)

-. 피뢰기의 자체고장이 계통의 지속사고로 파급되는 것을 방지하기 위하여

피뢰기의 접지측에 몸통과 별도로 단로장치를 설치

피뢰기의 자체 불량에 의한 누설전류 등은 Carbon - Element로 흘러

이를 기화(폭발)함으로서 피뢰기를 분리시킨다.

동작이 되면 접지측단자가 분체에서 완전히 분리되므로 육안식별이 용이하다


전력계통 피뢰기의 정격전압[kV]

전압[kV] 중성점접지방식 변전소 배전선로

345 유효접지 288

154 유효접지 138

66 PC접지 또는 비접지 75

22 PC접지 또는 비접지 24

22.9 3상4선 다중접지 21 18

6.6 비접지 7.5 7.5

3.3 비접지 7.5 7.5(4.2)

* 전압 22.9kV 이하의 배전선로에서 수전하는 설비의 피뢰기전압은 배전선로용을 적용


공칭방전전류

-. 피뢰기 보호성능 및 회복성능을 표현하기 위해 사용하는 방전전류의 규정치

공칭방전전류 설치장소 적용조건

10,000 A 변전소

1. 154[kV] 이상 계통

2. 66[kV] 및 그 이하계통에서 Bank 용량이 3,000[kVA]를

초과하거나 특히 중요한 것

3. 장거리 송전선 케이블(배전“휘다”인출용 단거리케이블은

제외) 및 정전축전지 Bank를 개폐하는 곳

5,000 A 변전소 66[kV] 및 그 이하 계통에서 Bank 용량이 3,000[kVA] 이하인 곳

2,500 A선로 배전선로

변전소 배전선“휘다”인출측

* 전압 22.9kV 이하(22[kV] 비접지 제외)의 배전선로에서 수전하는 설비의

피뢰기 공칭방전전류는 일반적으로 2,500[A] 적용

피뢰기의 주요 특성

1. 방전내량 :

피뢰기가 방전시, 방전전류가 대전류이면 피뢰기는 파괴되며,

일정한도 이상의 전류가 반복하여 흐르면 열화손상을 초래하는데 이 한도

2. 보호레벨 :

피뢰기에 의하여 어느 정도의 절연기기까지 보호할 수 있느냐 하는 정도

방전특성과 제한전압으로 결정

3. 방전특성 :

뇌서지나 개폐서지 등의 이상전압이 피뢰기에 인가된 경우 방전을 개시하는 전압

방전전압 파고값은 정격전압의 1.6 ~ 3.6배 범위이다.

4. 제한전압 :

피뢰기에 방전전류가 흐르는 경우에 피뢰기의 단자전압이며

Surge의 방전전압 중 이 값 이하로 제한하는 전압


피뢰기의 용어 해설

1. 방전전류(Discharge Current) :

피뢰기가 방전 중에 흐르는 충격전류.

2. 속류(Follow Current) :

방전현상이 실질적으로 끝난 후

계속하여 전력계통에서 공급되어 피뢰기에 흐르는 전류를 말한다.

3. 상용주파 방전개시전압 :

피뢰기에 전류가 흐르기 시작한 최저의 상용주파전압을 말하며 실효치를 표시한다.

4. 충격방전개시전압 :

방전하는 경우 단자간 전압강하가 시작하기 이전에 도달하는

단자전압의 최고전압 피뢰기의 양단자간에 소정 파두준도의 충격파를 인가하여 그

파두에서 방전이 시작되었을 때의 충격파두 방전개시전압이라 한다.

5. 충격전압 :

급속히 최대까지 상승하고 영치까지 하강하는(상승시보다 좀 천천히)

이상적 비주기 과도전압을 전파 충격전압이라 한다.

전파 충격전압으로부터 얻은 과도전압을

절단파 충격전압(chopped impulse voltage)이라 한다.

6. 표준충격전압 :

파두시간(파두장)이 1.2[]이고 반파고시간이 50[]인 전파충격전압을 말하며 1.2

* 50 []로 표시한다.

피뢰기 개요

1) 피뢰기는 전력설비의 기기를 이상전압으로부터 보호하는 장치.

2) 피뢰기의 기능으로는

① 이상전압 침입에 대하여 신속한 방전 특성

② 이상전류 통전시의 단자전압을 일정 전압 이하로 억제

③ 이상전압 처리후 속류를 차단하여 자동 회복하는 능력

④ 반복 동작에 대하여 특성이 변화하지 않을 것있다.


3) 피뢰기는 내부구조에 따라 크게 갭형과 갭레스형으로 구분된다.

피뢰기의 동작 특성

1) 상용주파 전압에 뇌전압이 겹쳐

파고값이 뇌임펄스 방전전압에 도달 → 피뢰기 방전

2) 동시에 방전전류가 흐르며 → 제한전압 발생

3) Surge 전압 소멸 → 피뢰기 도통 상태 → 속류 → 전류영점 속류 차단

4) 이러한 제반 동작이 반 Cycle 내의 짧은 시간에 이루어진다.

피뢰기의 전압－전류동작특성


갭형 갭레스형

GAP형 피뢰기 GAPLESS 피뢰기

피뢰기의 동작책무시의 파형

1) 갭레스형 피뢰기：

금속산화물(ZnO)특성 요소의 뛰어난 비직선 저항 곡선을 이용


특성요소만으로 제작한 피뢰기

2) 갭레스 피뢰기의 특징

① 방전갭(직렬갭)이 없으므로 구조간단.

② 소형경량이며 가격이 가장 싸다.

③ 소손위험이 적고 뛰어난 성능기대

④ 속류가 없어 빈번한 작동에 잘 견디며 특성요소 변화가 적다.

⑤ 특성 요소만으로 절연 → 특성요소 사고시 단락사고 유발가능.


① 비유효 접지계통：피뢰기 정격전압 = 공칭전압×1.4/1.1

② 유효 접지계통：

피뢰기 정격전압 ×

여기서, α：접지계수 β ：여유도

k：α×β (보통 115%) Vm：최고허용전압[kV]

③ 공칭전압을 V라 할 때： (직접접지계) 정격전압=0.8V∼1.0V

(소호리액터, 저항접지계) 정격전압=1.4V∼1.6V

④ 내선규정에 의한 방법：

22.9[kV]→18[kV], 21[kV], 3.3/6.6[kV]→7.5[kV]

단로장치：

피뢰기 열화시 지락전류가 단로장치 파괴→대지로부터 분리

22.9[kV]용 피뢰기는 반드시 취부되어야 함

접지선 굵기：


× [㎟]

여기서, S：접지선 굵기[mm2] t：고장계속 시간(22kV, 1.1적용)

IS：고장전류[A]

뇌 Surge 방지대책

① 외부대책 ： 가공지선, 피뢰설비

② 내부대책 ： 피뢰기설치, 접지, 건축물내 등전위화, 이격, 차폐, 절연협조

뇌 Surge의 종류

① 직격뢰：일반적인 낙뢰, 뇌방전 전류가 대부분 건물 통과, 큰 피해

② 측격뢰：뇌의 주방전로에서 분기한 낙뢰가 부근 건물에 재방전하는 뢰

③ 유도뢰：낙뢰가 건물에 떨어질 때,

건물의 접지가 잘되어 있지 않으면

순간적으로 건물의 전위가 상승하여 대지간에 방전이 생기는 것

④ 침입뢰：

송전선 등에 낙뢰가 침입하여

뇌전류가 건물에 도달하여 건물 내부에서 대지로 방전하는 것


Lightning Mechanism ＆ Ground Current

Lightning Mechanism ＆ Ground Current


서지 흡수기 (SA : Surge Absorber)

-. 선로상에서 발생한 뇌전압, 개폐서지 등의 원인으로

-. 이상전압이 내습하면

-. 변압기의 저압측에서도 고전압이 발생하여 위험이 발생하므로

-. SA를 차단기(VCB, VS)에 별도로 설치하여 서지를 흡수한다.

서지흡수기의 적용

VS [kV] VCB

3 6 3[kV] 6[kV] 10[kV] 20[kV] 30[kV]

발전기 불필요 - - - - -

변압기

유입식 불필요 불필요 불필요 불필요 불필요 불필요

몰드식 불필요 반드시적용 반드시적용 반드시적용 반드시적용 반드시적용

건 식 불필요 반드시적용 반드시적용 반드시적용 반드시적용 반드시적용

콘덴서 불필요 불필요 불필요 불필요 불필요 불필요

변압기와 유도기기의 혼합사용 시

불필요 반드시적용 반드시적용 - - -

서지흡수기의 설치

보호하고자 하는 기기의 전단 및 개폐서지를 발생하는 차단기(VCB) 2차에 각상의

전로와 대지간에 설치하며 사용목적에 따라 1차에도 설치한다


변압기 전동기부하

서지 흡수기의 설치

-. 특별고압과 고압이 혼촉된 경우

고압측의 전위상승을 방지하기 위하여

3배 이하의 전압에서 방전하는 장치를 각 상마다 시설하여야 한다.

-. 설치 위치는

해당 변압기의 고압측에 가능한 가장 가까운 위치에 설치

변압기와 방전장치 사이에

변성기류 등의 기기가 있을 경우

그 기기는 사고발생시 보호가 되지 않기 때문이다.

개폐 Surge의 종류로는

1) 무부하선로의 개폐 Surge

2) 유도성 소전류개폐 Surge

3) 고장전류개폐 Surge

4) 3상의 비동기투입 Surge 등이 있으며

1), 2)는 개폐 Surge의 대표적인 것으로 계통에서 자주 관측되며

Surge Absorber의 보호 대상이 되는 Surge이나 전원설비 강의 080918.hwp 38

3), 4)는 파고값도 작고 절연 협조상 문제가 적다.

1) 무부하 선로의 개폐 Surge

투입 Surge와 차단시 재점호 Surge로 구분됨

① 투입 Surge

투입 Surge의 모의회로

차단기 투입시 발생하는 투입 Surge는 교류전압의 최대값(Em)의 2배값

② 재점호 Surge

재점호 Surge의 크기

-. 교류전압 최대값(Em)의 3배에 이르는 Surge가 발생하고

-. 충전전류는 전압보다 90°정도 위상이 앞선다.

-. 계속 Surge 전압배수가 증가하여 재점호하며 Surge가 발생한다.

2) 유도성 소전류 차단 Surge


-. 전류절단 Surge, 반복재점호 Surge, 유도절단 Surge로 구분되며

차단성능이 좋은 공기차단기, 진공차단기, 소유량차단기를 사용해서

변압기의 무부하 여자전류, 소용량전동기의 지연 소전류를 차단할 때 발생

① 전류절단 Surge

여기서 전류전달값

-. 전동기나 변압기가 소용량인 경우 대용량보다

Surge Impedance가 커서 Surge가 더 가혹해짐

② 반복 재점호 Surge

-. 전류절단으로 Surge 발생시

-. 차단기의 극간절연이 충분히 회복되지 않으면 재발호하고

-. 조건에 따라서 다시 소호된다.

-. 발호와 소호가 짧은 시간에 여러번 반복 될 때 이를 반복 재발호

-. 반복 재발호 Surge는 최대상 전압의 5∼6배나 됨.

반복 재발호에 의한 전압증폭(Voltage Build Up) 파형


③ 유도절단 Surge

-. 한상이 전류 “0”점에서 차단되면

-. 거의 동시에 나머지 2상도 차단되어 큰 전류를 절단하는 현상

-. 최대 상전압의 6∼7배나 되나 실제 회로에서는 거의 발생하지 않음

Surge Absorber의 설치

-. 선로에서 발생할 수 있는 개폐 Surge와 순시과도현상으로 인한

2차 기기의 악영향을 막기 위해 설치

설치위치

-. 보호하고자 하는 기기의 전단에 설치하며

-. 대부분 개폐 Surge를 발생하는 차단기 후단에 설치

설치대상

-. 건식용기기(VCB, ACB, Mold TR, 발전기 등)의 후단에 설치

SA 설치위치 예

개폐기

D.S(단로기 : Disconnecting Switch),

L.S(선로 개폐기 : Line Switch, D.S 기능과 동일),

L.B.S(부하개폐기 : Load Break Switch),


A.S.S(자동고장구분개폐기 : Automatic Section Switch)

-. 개폐능력이 적을수록 싸고, 많고 안전할수록 고가

-. 이용확률, 관리자의 능력, 목적, 경제성을 검토하여 선정하며,

일반적으로는 부하전류개폐가 가능한 LBS가 널리 선택

-. 대형은 전동조작형도 있고, LS를 CB와 연동시켜 개폐하기도 한다.

개폐기의 설치목적

-. 전력회사의 전원으로부터 전기사용시설을 분리하여

보수, 점검시의 조작목적으로 사용된다.

단로기 설치 목적

-. 특별고압이나 고압 차단기, 변압기, 콘덴서 등의 고압기기 1차 측에 취부

점검, 수리할 때에 회로를 분리할 목적

-. 전류를 차단할 능력이 없기 때문에

부하전류가 흐르고 있는 상태에서 단로기를 열었을 때에는 엄청난 아크(ARC)가 흘러

큰 사고가 발생하므로 전류가 흐르고 있을 때는 절대로 개폐할 수 없다. (우선

차단기를 열고나서 단로기를 개폐한다.)

단로기의 조작장치

-. 조작방식으로 훅봉조작, 원격수동조작, 전동조작, 공기조작, 스프링조작 방식이 있다.

단로기의 정격

1. 정격전압 : -. 공칭전압의

배로 한다.

2. 정격전류

-. 정격전류가 작아도 정격단시간 전류가 큰경우에는


적합한 정격전류의 단로기를 선정

충전전류

-. 배전계통에서 케이블의 길이가 길어지면 충전전류가 단로기 선정에 문제.

-. 무부하시에도 케이블의 대지정전용량에 의한 충전전류를 고려해야 한다.

f : 주파수[Hz], C : 정전용량[F/km], E : 선간전압[V]

자동고장구분 개폐기 : ASS(Automatic Section Switch)

-. 국내의 배전전압은 13,200 [V]/22,900[V]의 3상 4선식 다중접지방식

-. 지락시에 지락전류가 매우 커서

한국전력공사의 공급변전소에 설치된 차단기가 동작

1개의 수용가가 많은 수용가에 피해를 유발시키는 결과를 가져올 수 있다.

-. 수용가사고를 가능한 1개의 수용가에 국한

다른 건전 수용가에 피해를 최소화하기 위한 방안으로

-. 내선규정의 수전방식 중 22.9[kV-Y]의 경우 1,000 [kVA] 이하

특별고압 간이 수 ․ 변전설비에 대하여

수전용량이 300[kVA]를 초과하는 경우 인입개폐기로서

자동고장구분개폐기를 설치하도록 의무화하였다.

자동고장 구분개폐기

공칭전압 22.9[kV]

정격전압 25.8[kV]

정격전류 200[A]

정격주파수 60[Hz]

최대과전류 Lock 전류값 800[A]

개폐기 본체의 차단시간 5[Hz]


ASS 부하개폐기 성능

-. 정격전압, 정격전류에서 200회 개폐가 보장되며, 정격전류 이하의 부하전류

개폐성능에 대해서는

개폐허용회수 = 200 ×부하전류개폐기의정격전류

이며

정격전류 이하에서의 개폐회수

특징

가. 고장구간의 자동분리 : 변전소의 차단기나 선로 RECLOSER와 협조하여

1회 순간정전 후 고장구간을 자동 분리한다.

나. 과부하 보호 : 900 [A]의 차단능력을 가지고 있으며

800[A] 미만의 과부하 및 이상전류에 대해서는 자동차단하여 과부하 보호기능

다. 방식 : 개방은 자동 및 수동개방이며, 투입은 수동투입방식

최근에는 개방투입 모두 수동 및 자동방식이 제작되고 있다.

라. 개폐조작

스프링 축력에 의한 구조이므로 작동이 확실하고 신속하다.

마. 안전성

설치 취급이 간편하고 900[A]이상의 고장전류 발생 시는

무전압 상태에서 개방하므로 안전도가 높다.


L.B.S(Load Break Switch)

-. 수 ․ 변전설비의 인입구 개폐기로 많이 사용

-. 전력퓨즈의 용단 시 결상을 방지하는 목적으로 채용

-. 3극 부하개폐기와 조합한 전력퓨즈를 사용하는 것이 바람직하다.

-. 통상 상태에 있어서 소정의 전류를 투입, 차단 및 통전하고 그 전로의

단락상태에서의 이상전류까지 투입할 수 있어 수변전설비의 인입구 개폐기로 많이

사용되며

-. 고장전류는 차단할 수 없어

전력퓨즈를 사용하며 퓨즈의 용단시 결상을 방지하는 목적

부하전류의 차단을 할 수 있는 동시에 차단기의 기능.

-. 3상에 연결된 어느 전력퓨즈라도 하나만 끊어지더라도 자동 트립

-. 결상을 방지하게 된다.


LBS 외형

기중부하 개폐기 (Interrupter Switch : I.S)

-. 더블(Double)과 싱글(Single) 타입의 2종류로 대별

-. 13.2/22.9 [kV-Y] 선로에서 많이 사용하고 있으며 내선규정에서는 수전용량 300[kVA]

이하시 인입개폐기로 사용토록 하고 있다

기중부하개폐기의 외형

가스절연부하개폐기

-. 수동형과 자동형 2종류로 대별되며 최근에 13.2/22.9 [kV-Y]선로에서 사용

-. 주회로 개폐용 고정 및 가동전극과 아크소호용 Buffer 등을 스테인레스 외함안에

장치하고 SF6 가스로 봉입

-. 내부압력이상시 폭발방지 방압변과 가스누설시 규정압력 이하에서 개페기 동작을

압력록크 등으로 구성전원설비 강의 080918.hwp 46

가스절연부하개폐기의 형식과 정격

형 식 수동형 자동형

정격전압 25.8 kV

정격전류 400 A

정격 단락투입전류 25 kA Peak

정격 단시간전류(1초) 10 kA rms

제어회로정격 전압

교류 - 단상220V 60Hz

직류 - 24V

허용 전압변동범위 - 85% ~ 115%

전력퓨즈 (Power Fuse : PF)

-. 3,300[V] 이상의 회로에서 단락 보호용으로서 이용

차단할 때 단락전류를 강제적으로 작게 억제하는 것을 고압 한류 퓨즈

특징은 소형으로, 큰 차단용량을 갖고 있으며,

차단시간이 짧아서 기중개폐기나 진공개폐기 등과 조합시켜서 사용

-. 고압 및 특별고압 기기의 단락보호용 퓨즈

-. 소호방식에 따라 한류형과 비한류형이 있으며,

한류형 퓨즈는

높은 아크저항을 발생하여 사고전류를 강제적으로 한류 억제해서 차단

폐 절연통 안에 퓨즈엘레멘트와 규소 등의 소호제를 충전, 폐한 구조이며,

-. 전력퓨즈는 차단기와 릴레이, 변성기의 3개 기기역할을 하는 편리한 특성

-. 경제적인 기기이면서도 확실한 동작특성


전력용 퓨즈의 외형

전력퓨즈의 기능

1. 부하전류를 안전하게 통전시킨다(과도전류나 순간 과부하 전류에 용단되지 않는다).

2. 동작대상의 일정값 이상 과전류에서는 오동작 없이 차단

전로나 기기를 보호한다.

퓨즈의 장점과 단점

장 점 단 점

소형, 경량 과전류에서 용단

가격이 저렴 동작시간-전류특성을 조정불가

릴레이와 변성기가 불필요 최소차단전류영역이 있다

차단시 무방출, 무소음(한류형) 비보호영역이 있으며 사용중 열화우려

고속도 차단 한류형의 경우 차단시 과전압발생

보수가 용이 재투입이 불가

한류효과가 우수 고임피던스 접지계통의 지락보호 불가

장치 전체가 소형

후비보호가 완벽


과전류의 종류

-. 전력퓨즈는 주로 단락전류의 차단을 목적으로 사용.

1. 단락전류

정상시 전류보다 매우 큰 전류를 한류퓨즈는 고속차단.

2. 과부하 전류

전력퓨즈는 이를 보호하도록 하며,

수명이 짧아지거나, 동작시간의 오차에 의해 결상을 발생

전력퓨즈는 이 보호를 기대하지 않는다.

3. 과도 전류

전동기의 시동전류, 변압기의 투입전류 등 아주 짧은 시간만 존재하고 서서히

감쇄해서 정상값으로 돌아가는 전류이며, 전력퓨즈는 이 때문에 용단되지 않는

정격전류의 것을 사용해야 한다.

전력퓨즈의 종류

1. 한류형 퓨즈 (전압 0에서 차단한다)

높은 아크저항을 발생하여 사고전류를 강제적으로 한류 차단하는 퓨즈

폐 퓨즈통 안에 엘레멘트와 규소 등 소호제를 충전한 규소퓨즈로 대표되고 있다.

2. 비한류형 퓨즈 (전류 0에서 차단한다)

소호가스를 뿜어내어

전류 0점인 극간이 절연내력을 재기전압 이상으로 높여서 차단하는 퓨즈

붕산 혹은 파이버에서의 발생가스를 이용하는 퓨즈가 실용되고 있다


한류형, 비한류형의 장,단점

장 점 단 점

한류형-. 소형으로 차단용량이 크다

-. 한류효과가 크다(백업용으로 적당)

-. 과전압을 발생

-. 최소차단전류가 있다.

비한류형

-. 과전압을 발생하지 않는다.

(2중 회로용으로 가장 적당)

-. 녹으면 반드시 차단(과부하 보호 가능)

-. 대형

-. 한류효과가 적다.

-. 전력퓨즈는 차단기와 달라서 선정할 때 장 ․ 단점을 잘 비교 검토하여 선정

-. 과부하를 차단할 필요가 있는 선로나 퓨즈동작 후 재투입을 요구하는 것에는

전력퓨즈 사용을 피하는 것이 좋다.

전력퓨즈와 각종 개폐기와의 기능 비교

회로분리 사고 차단

무부하 부하 과부하 단락

전력 퓨즈 가능 가능

차 단 기 가능 가능 가능 가능

개 폐 기 가능 가능 가능

단 로 기 가능

전자 접촉기 가능 가능 가능

전력퓨즈의 정격차단용량

1. 퓨즈가 차단할 수 있는 단락전류의 최대전류값[kA]으로 표시한다.

2. 퓨즈는 고속도 차단을 하여 차단전류에는 과도현상에서 발생하는 직류분이

포함되는데, 차단용량을 표시하는 경우 이러한 직류분을 포함시킨 비대칭 실효값으로


나타내지 않고 교류분만의 실효값만을 나타낸다.

3. 대칭값과 비대칭값의 비율은 선로 역률이 나쁠수록 크지만 퓨즈는 일반적으로

비대칭값/대칭값 = 1.6 정도로 적용하고 있다.

퓨즈의 용어 설명

1. 최소 차단전류

-. 주어진 조건하에서 전력퓨즈가 차단할 수 있는 최소의 차단전류(교류분 실효치)로,

제조업자가 명시한 값으로 하고 그에 대응하는 시간을 명시하도록 되어 있다.

2. 반복과전류 특성

규정의 조건하에서 전력퓨즈가 반복하여 견딜 수 있는 전류가

시간과 회수와 조합시켜 적합하여야 한다고 규정되어 있다.

3. 용단특성

규정의 조건하에서 시험하였을 때,

제조업자가 명시하는 특성곡선에 대하여

전류좌표에서 ±20[%]의 범위를 넘지 않고

반복과전류 특성을 만족하여야 한다고 규정되어 있다.

차단 성능은 규정의 조건하에서 시험하였을 때,

-. 퓨즈링이 폭발하거나, 동작 후 계속하여 재사용하는 용착, 파손 등이 없을 것.

단, 재사용하지 않는 부분의 실용상 지장이 없는 파손, 균열 등은 허용된다.

-. 한류치, 동작 I2t 및 용단 I2t는 제조업자가 명시하는 값 이하일 것


반복 과전류 특성

퓨즈의 종류 반복 과전류특성

G(일반형)

T(변압기용)-. 정격전류의 10배 전류를 0.1초간 통전하여 100회 반복하여도

용단하지 않을 것

M(전동기용)-. 정격전류의 5배 전류를 10초간 통전하여 10,000회 반복하여도

용단하지 않을 것

C(콘덴서용)-. 정격전류의 70배 전류를 0.002초간 통전하여

100회 반복하여도 용단하지 않을 것

PF의 선정조건

① 사용장소

-. 퓨즈는 옥내용과 옥외용으로 옥내용을 옥외에 사용하지 못한다

-. 염분이나 부식성가스가 심한 환경에서는

표준의 퓨즈를 사용할 수 없으므로 주의해야 한다.

② 한류퓨즈는 차단시에 과전압을 내므로 회로의 절연강도가

퓨즈의 동작과전압보다 높은 것을 확인할 필요가 있다.

③ 극수

-. 퓨즈는 삼상회로에서는 3극 각각에

단상회로에서는 2극 각각에 사용하는 것을 전제로 하여 제작.

④ 차단용량

-. 퓨즈는 단락전류에 대하여 충분히 차단할 수 있는 차단용량을 가지고 있어야 한다.

퓨즈의 차단용량 부족은 퓨즈가 폭발을 일으킬 위험

⑤ 회로의 단락전류

-. 회로의 대칭단락전류는 퓨즈의 전원측에 들어있는

발전기·변압기 및 전동기의 용량과

-. 기기로부터 퓨즈까지의 케이블의 치수와 길이에 따라 정해지며


퓨즈 이후의 기기용량에는 관계없다.

⑥ 소요차단용량

-. 회로의 대칭단락용량을 구해 그것 이상의 대칭차단용량을 가지는 퓨즈로 한다.

대부분의 경우 회로의 단락용량을 계산하지 않고 사용할 수 있다.

⑦ 최소차단전류

-. 한류퓨즈에는 차단가능한 소전류에 한계가 있다.

이 영역에 있어서는 최소차단전류 이하에서 퓨즈가 동작하지 않도록

큰 정격전류의 퓨즈를 사용해야 한다.

⑧ 정격전압

-. 3상 회로에서 사용가능한 전압한도를 표시하는 것

정격전압＝공칭전압×

[kV]

-. 전력퓨즈의 정격전압은 선로의 계통이 접지, 비접지에 무관하고

계통최대선간 전압에 의해 선정.

⑨ 정격전류

-. 전력퓨즈가 온도상승 한도를 넘지 않고 연속으로 흘려 보낼 수 있는 실효치[A]

-. 선정에 주의사항.

· 전부하전류, 과부하, 과도전류 반복부하에 대한 검토

· 기기, 회로와의 보호협조

· 회로 또는 기기의 전부하전류보다 큰 정격전류치의 퓨즈를 선정

· 회로 또는 기기에 빈번하게 일어날 수 있는

허용과부하 전류 이내의 과부하전류보다 퓨즈의 단시간 전류치가 클 것

· 전력퓨즈의 차단시간 - 전류특성이

전원측 보호기기의 동작특성보다 빠르고

· 전력퓨즈의 단시간 허용전류 - 시간특성이

부하측 보호기기의 차단시간-전류특성보다 늦어지도록 선정한다.


⑩ 전력퓨즈의 정격차단용량

-. 퓨즈가 차단할 수 있는 단락전류의 최대전류값[A].

-. 대칭값과 비대칭값의 비율은

선로역률이 나쁠수록 크지만

퓨즈는 일반적으로 비대칭값/대칭값＝1.6 정도로 적용

단로기

기능, 성능 용 도 심 벌

∙ 전로의 접속을 바꾸거나

접속을 끊는 목적으로 사용

∙ 무전류 또는

가까운 상태에서 전로 개폐

∙ 전류의 차단능력은 없음

∙ 변압기․차단기 등의

보수점검을 위해

설치하는 회로 분리용

∙ 전력계통 변환을 위한

회로 분리용

부하개폐기


∙ 평상 부하전류의 개폐는 가능

이상시(과부하, 단락)의

보호기능은 없음

∙ 개폐 빈도가 적은

부하 개폐용 스위치로 사용

전자접촉기



∙ 평상시 부하전류 혹은 과부하전류

정도까지는 안전하게 개폐

∙ 부하의 개폐 제어를 주목적

개폐 빈도가 많음

∙ 전기조작이 주체임

∙ 부하의 조작,

제어용 스위치로 사용

∙ 전력 Fuse와의 조합에 의해

Combination Switch로 사용

차단기


∙ 평상시의 전류는 물론

단락전류와 같은 사고시의

대전류도 지장없이 개폐

∙ 회로 보호를 주목적

기구, 제어 회로가

모두 Tripping 우선으로 되어 있음

∙ 주로 회로 보호용 차단기로

사용

전력Fuse


∙ 어느 정도의 과부하전류에서

단락전류까지 대전류 차단

∙ 전로의 개폐 기능은 없다

∙ 고압개폐기와 조합하여 사용


개폐장치를 설치한 수배전설비의 예(고압의 경우)

전자개폐기와 차단기와의 비교

구 분 전자개폐기 차 단 기

용도 ∙ Motor, Condenser, 변압기

부하개폐 조작용으로 사용

∙ 회로 보호용

∙ 사고시 단락전류를 투입, 차단

기능 ∙ 조작에 주안점을 두었기

때문에 Tripping Free 방식은

갖추어져 있지 않지만

수명이 길다.

∙ 회로보호에 중점을 두어

기계적, 전기적으로 Tripping

동작이 우선 되도록 Tripping

Free 방식이 갖추어져 있음.

성능 정격전류

차단용량

개폐빈도

전기적 수명

작다(25∼600A)

작다

많다

500,000회

크다(200∼3,000A)

크다

적다

10,000회

치수, 용량 작다 크다

가격 저렴 고가


단로기(Disconnecting Switch：DS)

1) 충전전류만 개폐 가능하며 부하전류는 개폐하지 않는다.

① 충전전류 :

② 충전전류 이상의 개폐가 요구될 때 부하단로기 (LDS) 사용

정격전압[kV] 상간중심거리[mm] 여자전류[A] 충전전류[A]

3.6

7.2

2.4

400 이상

400 이상

750 이상

10

4

2

30

2

2

2) 정격전압 = 공칭전압×

Power Fuse 보호협조

① PF의 차단시간 - 전류특성이

전원측 보호기기의 동작 특성보다 빠르고

부하측 보호기기의 동작특성보다 늦도록 선정.

② 보호기기의 Back-Up 용으로 사용할 경우,

보호기기의 차단시간-전류특성이

PF의 단시간 허용 전류 특성보다 빨라지도록 선정

부하개폐기(Load Breake Switch：LBS)

1) 정상상태의 부하전류를 개폐하며 수변전설비의 인입구개폐기로 사용.

2) 3상 부하의 경우 트립 장치가 붙은 PF와 조합된 LBS 사용시 결상이 방지

3) LBS 종류：

기중부하개폐기, 유부하개폐기, 진공부하개폐기, 가스부하개폐기, 공기부하개폐기


6) 개폐용량：부하용량에 따라 개폐용량이 다르다

7) 차단성능：차단성능 이상의 과전류는 다른 보호 장치로 먼저 차단

8) 정격단시간전류, 정격투입전류：

고압차단기나 PF가 단락전류를 차단하기 전까지

부하개폐기가 손상되지 않도록 선정

자동고장구분개폐기(Automatic Section Switch：ASS)

1) 22.9[kV] 특고수용가의 인입구개폐기로 사용

2) 간이수전설비(22.9kV, 1,000kVA이하 300kVA이상)의

인입구개폐기로 ASS 사용이 의무화됨(내선규정)

3) 정격：25.8[kV] 200[A]

4) 성능

① 부하개폐：정격부하 200회, 무부하 1,100회

② 고장 구간 자동 분리

③ 과부하 및 지락 보호：800[A]이하 과전류 차단

5) Tap정정

① 최소 동작전류정정：최대 부하전류의 150[%]

② 돌입전류정정：0.5초 또는 1초

Power Fuse 5가지 특성

1) 허용특성：

가용체에 열화를 일으키지 않는 전류의 한계와 시간과의 관계.

회로부하에 대한 퓨즈의 정격전류 선정때 필요.

2) 용단특성：

과전류가 흐르기 시작하여 가용체가 용단, 아크를 발생하기 까지의

시간과 전류와의 관계를 나타낸 것.

3) 차단특성：


과전류가 흐르기 시작하여 아크가 소멸하기까지의

시간과 전류와의 관계(용단특성+아크시간).

퓨즈를 다른 개폐기나 차단기와 조합해서 사용할 경우 보호 협조를 검토할 때 사용.

4) 한류특성：

Fuse에 단락전류가 흐를 때 어느 정도까지 억제하는가를 나타내는 것

① 차단기의 경우：단락전류가 한류하지 않고 전차단 시간이 10[cycle]

② 한류형 Fuse：처음 반파에서 차단 전류파고값도 대단히 낮다.

<그림> 전력 Fuse의 한류특성곡선

①：용단 시간(0.1 cycle)

②：아아크 시간(0.4 cycle)

③：전차단 시간(0.5cycle)

Ip：통과전류파고치

5) 특성

Fuse에 전류가 흐르고 있는 기간 중 전류의 순시치의 2승적분치를 지시하는 것

작동 는 Condenser 보호 또는 개폐기, 차단기

후비보호에 Fuse 사용할 때 열적응력을 검토할 때 사용

최소차단전류

1) 한류형 퓨즈는 큰 전류는 바로 차단하나

용단 시간이 긴 소전류 차단은 쉽지 않다.

2) 최소 용단 전류 근방에서는 어느 정도 전류값이 커야 차단하게 되는데

이와 같이 차단할 수 있는 최소한도의 전류를 말한다.

정격전압

공칭전압×1.2/1.1(계통선간 최대 전압 적용)


정격전류

내선규정에 명시됨. 보통 전부하 전류×2 (자가용 설비에서는 1.5배 추천)

고압차단기(8사이클) 특성곡선

전력 Fuse의 비한류형 특성곡선

퓨즈 성능을 규정하는 3가지 특성.

개요

-. 전로나 기기의 단락보호 목적으로 사용

-. 한류형과 비한류형으로 대별

-. 소형변압기 고압전동기 1차측에 주로 설치하고 있으며

-. 차단기, MCB등과의 조합으로 후비 보호 목적으로 사용되고 있다.

-. 전력 Fuse는 차단기와 달라서

그 특성을 잘 살릴 수 있도록 선정하여야 한다.

-. 예를 들면 과부하를 자주 차단할 필요가 있는 부분이나

동작후 재투입이 필요한 곳에는 사용하지 않는 것이 바람직하다.


성능을 규정하는 3가지 특성

-. Fuse 성능을 규정하는 특성은 시간-전류 특성을 말하는 것으로

Fuse에 전류를 통했을 때 얼마동안의 시간에 어떻게 되는가를 표시하는 것

보통 그래프로 표시하며 용단특성, 단시간 허용특성, 전차단특성이 있다.

1) 용단 특성

-. Fuse에 일정한 전류를 보내어 용단시킨 경우 전류와 시간과의 관계를 표시

최대 용단특성, 평균 용단특성, 최소 용단특성이 있다.

2) 단시간 허용 특성

-. Fuse가 열화하지 않는 한계 시간을 나타내는 특성

-. 용단 특성을 왼쪽으로 20∼50[%] 평행 이동시킨 것으로

Fuse 선정의 기초가 되는 중요한 특성

3) 전차단 특성

-. Fuse가 고장 발생하여 용단, 발호하여 차단을 완료하기까지의

최대 소요 시간 - 전류 특성을 표시한 것

-. 최대 용단 시간에서 아아크 시간을 더한 것으로

대전류 영역에서는 아아크 시간 특성으로 수렴하고

소전류 영역에서는 최대 용단 특성으로 수렴한다.


고압전자접촉기

-. 부하전류의 개폐를 목적으로

-. 개폐 빈도가 많은 것에 적용이 가능한 개폐기

-. 전자접촉기의 종류로는

소호방식에 의하여 기중형, 진공형, 유입형으로

-. 여자방식에 따라

상시여자방식과 순시여자방식

고압전자접촉기의 선정기준

1) 정격 용량의 선정

① 적용전원, 전압, 전류, 부하의 종류, 역률, 용량의 검토

② 전자 접촉기의 사양, 기능, 특성 검토

2) 사용 조건에 대한 고려


① 시간당 개폐 빈도 및 최고 개폐 빈도

② 투입전류, 차단전류 값

③ 인칭운전, 역상 제동 여부

④ 교환 기간 수명

3) 기중식과 진공식의 비교

기중식과 진공식 각각의 특징을 비교하여 적절한 기종 선정

4) 특수부하에 대한 적용 : 콘덴서 부하에 사용하는 경우

① 콘덴서의 돌입 전류에 견딜 것

② 콘덴서 개방시 이상 과전압에 견디고

재발호, 재점호를 하지 않는지에 대한 검토

5) 외부기기에의 영향

전자접촉기 투입, 차단시 발생하는 Surge에 의하여

전동기, 변압기 권선의 층간 절연 손상 사고 방지 대책 검토 필요

6) 설치장소, 주변 분위기에 대한 고려(특수 환경에 대한 대책 고려)

㉠ 화학공장：염분 부식성 가스가 많으므로 방식형 채용 검토

㉡ 사용 분위기에 따라 배전함 보호 구조 검토

7) 최소 아아크 간섭에 대한 고려

① 기중전자 접촉기를 배전함에 수납시 타기기와 100[mm]이상 이격

② 진공전자 접촉기 사용할 때는 이상 없음

8) 배전함의 구조

① 설치시 배선, 조립의 여유 감안

② 운전시(사용중) 보수, 점검, 교환등이 쉬운 구조

ALTS (automatic load transfer switch:자동부하절체개폐기)

-. 이중전원을 확보하여

주전원 정전시 또는 전압이 기준치 이하로 떨어질 경우 예비전원으로 자동 절환

수용가가 항상 일정한 전원공급을 받을 수 있도록 한다.


조작은 자동 또는 수동전환이 가능하여

배전반내에서 원방조작도 가능하며 3상 일괄조작방식으로 옥내외 설치가능하다.

수급지점

-. 전기의 인도 장소임과 동시에

수급자 재산한계이며, 전기설비의 안전 및 유지관리 책임 한계점

부하설비 용량 추정

-. 수전설비용량은 건물 내에 설치되는 전기부하의 종류, 용량, 전압, 사용목적,

사용시간에 따라 각 전력부하에 변압기용량을 산출, 합계하고

고압전력부하가 있으면 그 용량을 합하여 산출한다.

-. 기획이나 기본설계에서는 일반적으로 설치부하의 상세를 알 수 없으므로

건물의 용도, 규모 등에 따라 과거의 실적을 참고하여

각 부하마다의 부하 도[VA/]를 추정하고 이에 건물의 연면적을 곱하여 산출한다

부하설비용량 = 부하 도[VA/] X 연면적 [] [VA]

변압기 용량의 결정

-. 부하설비 용량이 추정되어 그 값을 그대로 수전설비 용량으로 하면

너무 과다하므로 수용률, 부등률, 부하률 등을 적용시켜

변압기 용량을 산정하여야 한다.


변압기 용량의 계산

-. 전등부하 및 동력부하 등 설비용량에 수용률을 곱하여,

개개의 최대 수용 전력을 구한다.

최대 수용전력[kW] = 총 설비용량[kW] X 수용률

수용률, 부등률, 부하률의 적용

1). 수용률(Demend Factor)

-. 최대수용전력과 총부하 설비용량의 비를 %로 표시한 것을 수용률

수용률 = 총부하설비용량최대수용전력

X 100[%]

부등률(Diversity Factor)

-. 어느 전력 계통에 각 수용가, 배전, 간선 등 각 개의 최대수용전력의 합과

그 계통에 발생한 합성 최대전력의 비를 말하며 항상 1보다 큰 값이다.

부등률 = 합성최대수용전력각개별최대수용전력의합

≥

-. 한 계통 내에 각각의 부하특성에 따라 변동하므로

최대수용전력이 생기는 시간이 다르므로

부등률을 적용하여 변압기 용량을 적정용량으로 낮추는 효과를 가져온다.


부등률의 예

대 상 부등률 대 상 부등률

전등/동력변압기 1.057~1.293 평균 1.175 동력변압기 상호간 1.215~1.485 평균 1.35

변압기(교육부) 1.1~1.5 평균 1.35 변압기선정(주택공사) 1.125~1.375 평균 1.25

수용가 전등부하간 1.022~1.25 평균 1.135 수용가상호(동력부하) 1.422~1.74 평균 1.58

배전변압기 동력부하간 1.224~1.496 평균 1.36 배전용변압기(전등,동력) 0.99~1.21 평균 1.1

배전간선 상호 0.977~1.195 평균 1.086 2차변전소 상호간 0.923~1.12 평균 1.026

전등수용가

변전소간(주거지역)1.303~1.593 평균 1.44

동력수용가

변전소간(공간지역)2.10~2.566 평균 2.33

3). 부하율(Load Factor)

-. 어느 기간 중의 평균전력과 그 기간 사이의 최대전력과의 비를 [%]로 표시한 것

부하율 = 같은기간중의최대수용전력어느기간중의평균수용전력

×

-. 일 부하율, 월 부하율 및 연 부하율이 있으며,

-. 보통 기간이 길어질수록 부하율의 값은 작아진다.

부하율의 값을 표시할 때에는 범위, 기간 등을 분명히 해 놓아야 한다.

-. 공급설비는 부하율이 높을수록 유효하게 사용됨을 의미한다.

4). 수용률, 부등률, 부하율과의 관계 및 변압기 산정시 적용

-. 수용률, 부등률, 부하율은 상호관계를 가지며

변압기 적용시 부등률은 반드시 주변압기에만 적용시키고

직강식의 경우 각 변압기에 수용률만을 적용시킨다.

변압기의 정의

-. 수전전압을 부하설비의 운전에 적합한 전압으로 변환

-. 철심과 두개 또는 세개 이상의 권선을 갖고, 전원설비 강의 080918.hwp 66

하나 또는 둘 이상의 회로로부터 교류전력을 받아

전자유도작용에 의하여 전압 및 전류를 변성하여

다른 하나 또는 둘 이상의 회로에 동일주파수의 교류전력을 공급하는 것

여자전류파형의 이그러짐과 철손의 영향

-. 변압기의 1차 단자에 가하는 전압이 정현파라고 하면

-. 평형을 유지하는 1차 유도기전력도 정현파가 되어야 한다.

-. 유도하는 자속 Ф도 정현파가 되어야 한다.

-. 변압기 철심에는 자기포화현상과 히스테리시스 현상이 있으므로

자속 Ф를 만드는 전류는 정현파도 될 수 없으므로

고조파를 포함하는 왜형파가 됨을 알 수 있고

히스테리시스에 기인하는 손실은 히스테리시스손(hysteresis loss)이라 한다.

-. 철심에는 자속의 변화에 와전류가 흐르고 손실이 일어난다.

-. 이것을 와전류손(eddy current loss)이라 한다.

-. 히스테리시스손과 와전류손의 합을 철손(iron loss, core loss)이라 한다.

정격

-. 제조자에 의하여 보장되는 사용한도, 피상전력으로 나타내고

이것을 정격용량(rated capacity)이라 한다.

-. 지정된 조건이란

정격용량에 대한 전압, 전류, 주파수 그리고 역률을 말하며

각각 정격전압, 정격전류, 정격주파수 그리고 정격역률이라 한다.

-. 사용한도와 지정조건은 변압기의 명판에 표시되어 있다.

정격용량

-. 변압기의 피상전력은 직류기의 출력과 같이 온도상승에 의하여 제한되는데

온도상승의 원인이 되는 변압기의 손실은 철손과 동손뿐이고

철손은 전압에 의하여 정해지고, 동손은 전류에 의해 정해지는 결과가 된다.


-. 변압기의 정격용량은 정격2차전압, 정격2차전류, 정격주파수 그리고 정격역률에서

2차단자간에서 얻어지는 피상전력으로 표시하고

볼트암페어[VA], 킬로볼트암페어[kVA], 메가볼트암페어[MVA]로 표시된다.

-. 정격역률은 그 역률에서 사용되게 변압기가 설계된 역률을 말한다.

정격전압

-. 변압기의 정격 2차 전압이란 명판에 기록된 그 권선의 단자전압 실효치이고,

정격출력이 얻어지는 전압을 말한다.

-. 3상 변압기에서는 정격전압은 선간전압으로 표시된다.

탭전압, 전용량 탭전압, 저강용량 탭전압

-. 1차나 2차 또는 양쪽의 권선에 2개 이상의 전압을 갖는 경우에는

각 권선의 지정된 전압만을 정격전압이라 하고 다른 전압은 탭전압이라 한다.

-. 탭전압 중 변압기가 지정된 온도 상승을 넘지 않고

정격용량과 같은 피상전력으로 사용될 수 있는 것을 전용량탭전압이라고 하고,

-. 사용될 수 없는 것을 저감용량탭전압이라 한다.

% 임피던스와 전압변동률

-. 변압기의 2차측(보통 전압측)을 단락하여

1차측에 정격주파수의 저압으로 인가하여

1차측, 2차측에 정격전류를 보냈을 때의 1차 전압

-. 임피던스 전압의 크기는 변압기의 특성상 중요한 수치가 된다.

% 임피던스의 영향

-. 전압변동률

-. 무부하손과 부하손의 손실비

-. 계통의 단락용량


-. 변압기의 병렬운전

-. 단락시 권선에 작용하는 전자기계력 등

임피던스 전압의 크기는

-. 1턴 당의 전압, 권선의 사양 등에 의해 결정된다.

-. 임피던스 전압이 작은 변압기는 철머신

부하손은 적지만 중량(철재+동재)이 무거워지는 경향이 있고,

-. 임피던스 전압이 큰 변압기는 동머신

부하손은 많아지지만 중량(철재+동재)이 가벼워지는 경향이 있다.

-. 임피던스 전압은

전압변동률을 적게 하기 위해서는 낮은 편이 좋지만

계통의 단락용량면에서는 높은 편이 좋다.

변압기의 설계상의 제한도 있고 전압계급에 따라 경제적인 범위가 있다.

전압변동율

-. 변압기에 부하가 걸려 있을 때와 무부하가 되었을 때 전압의 변화를 알아본다.

-. 송 ․ 배전선로에서는 부하의 변동에 대하여 2차 단자전압의 변동이 작을수록 좋다.

전압변동률(voltage regulation)

-. 전부하시와 무부하시의 2차 단자전압의 차이의 정도를 나타내는 것

-. 비율이 큰 변압기에서는 부하의 증감에 따라 2차전압의 변동이 크다.

-. 전압변동률은 전등의 광도, 수명, 전동기의 출력 등에 영향을 준다.

효율의 종류

-. 전기기계의 효율에는 출력과 입력을 측정하여 계산한 실측효율

규약에 따라 손실을 결정하여 산출하는 규약효율이 있다.

-. 변압기의 효율의 표준으로서는 규약효율을 적용.


규약효율

-. 정격2차전압과 정격주파수에서의 킬로와트 출력 또는 입력

-. 손실은 각 권선의 부하손의 합과 무부하손의 합계

-. 특별한 지정이 없을 때의 역률은 100[%], 파형은 정현파를 기준으로 하고 부하손은

75 [℃]로 한 값을 사용한다.

최대효율

-. 철손과 동손이 같게 되는 부하에서 효율이 최대가 된다.

-. 실제의 변압기에서는 사용 상태에 따라 적절한 부하에서 최대효율로 설계된다.

전일 효율

-. 변압기의 부하는 1일 중 일정하지 않고 변동

-. 동손은 부하에 따라 변화하며, 무부하동손은 대단히 작고,

철손은 부하에 관계없이 일정하므로 1일 중의 종합효율을 고려한다.

-. 종합효율을 전일효율(all day efficiency)이라 한다.

변압기의 구조

-. 규소강판이 발명되고 나서 철손이 대단히 감소되고 효율이 개선

-. 철심의 구조, 권선법 등에 대한 연구와 재료의 진보에 따라,

효율이나 전압변동률 등이 개선.

변압기의 절연방식 따른 분류

유입변압기

건식 변압기

가스절연 변압기

몰드변압기


유입변압기

-. 절연과 냉각의 목적으로 절연유를 사용

-. 변압기의 용량, 절연계급 등 광범위하게 사용

-. 용량에서도 주상변압기로부터 발전소, 변전소 등의 대용량변압기까지 제작

-. 최근에는 철심구조를 종래의 적철심구조로부터 권철심구조로 하고, 고자속 도

방향성 규소강판을 채택함으로써 무부하 손실을 20 ~ 50[%] 저감시키고 있다.

건식 변압기

-. H종 절연건식변압기라 부르기도 하며,

-. 절연유를 사용하지 않아 난연성, 비폭발성이며,

절연매체가 공기를 이용하므로 방열기가 필요없다.

유지보수도 정기점검시의 청소만으로 충분하다.

-. H종 절연재료는 내열성, 내약품성이 우수하여

병원, 지하철의 구내 등에 사용된다.

H종 건식변압기 잇점

1. 온도상승에 잘 견딘다.

2. 난연성, 비폭발성

3. 소형 ․ 경량으로 설치면적이 적다.

4. 내약품성, 내열성이 우수하고 내구성이 좋다.

가스절연 변압기

-. 코일과 코아를 폐 탱크 안에 넣고

불활성 가스인 SF6 가스를 대기압 이상의 상태에서 절연시킨 변압기

-. 방폭성, 절연성능이 우수하고, 내습, 내진성, 저소음, 소형화, 경량화가 가능하며

오일리스화, 보수의 간편화, 방제화 등에 장점이 크다.


몰드 변압기의 시초

-. 고압 및 저압권선 모두를 에폭시수지로 몰드 방식을 채택

몰드 방식에 따라 주형몰드와 함침몰드로 나눌 수 있으며

몰드변압기의 특징

1. 난연성 : 가연의 위험이 적고 권선몰드가 자기소화성 및 난연성이 있다.

2. 저소음 : 몰드된 코일은 차폐효과가 있으며 소음이 적다.

3. 고효율, 저손실 : 권선내의 발생열량 감소로 온도상승이 낮다.

4. 소형, 경량화 : 권선의 점적율이 높고, 절연간격이 대폭 축소

5. 절연신뢰성 : 도체간의 부담전압을 최소한으로 억제시켜 절연 신뢰성이 우수

6. 내습성 : 권선이 에폭시수지로 몰드 되어 있으므로 흡습의 염려가 없다.

7. 단시간 과부하 내량이 크다.

몰드변압기의 분류

-. 몰드변압기 권선 몰딩방법에는

금형에 의한 주형방식과 금형 없이 함침하는 무금형방식이 있다.

-. 금형에 의한 주형방식은

권선 표면이 평활하게 되므로 먼지의 부착이나 흡습이 어려우며,

몰딩수지가 구석구석까지 침투하여 보이드가 존재하지 않아 절연 성능이 우수

설계에 있어서 금형의 제약을 받는다는 단점

-. 금형없이 함침하는 방식은

금형에 제약을 받지 않아 비교적 자유로운 설계가 가능하지만,

절연층의 두께확보, 권선 표면을 평활하게 하는 것이 곤란하다.

-. 금형에 의한 주형방식에는

권선을 금형 내에 지지한 상태에서 충진제를 배합한 에폭시수지를 주입하여

가열 경화하는 주형법과 전원설비 강의 080918.hwp 72

권선과 금형 사이에 유리섬유 등을 충진한 상태에서

에폭시수지를 주입하고 가열하는 방식의 금형 합침법이 있다.

아몰퍼스변압기 비교 자구 미세화

-. 최근 고유가와 지구 온난화에 대한 전 세계적인 관심이 높아짐에 따라 일상생활과

접한 관계를 맺고 있는 변압기에도 변화가 촉구되고 있다.

-. 지구 온난화 현상의 주요 원인인 CO2의 발생량을 줄이는 데 초점이 모아지면서, 이와

관련하여 석유 소비를 줄이기 위한 정부의 강력한 에너지 절약 정책에도 비상이 걸린

상황이다.

-. 정부가 직접세금 감면정책을 지양하고 고효율화 정책으로 장기적 체질개선에

나서면서

-. 기업들 역시 에너지절약형 고효율 변압기 연구 개발과 생산에 박차를 가하고 있다

고효율화를 위한 설계 개선

-. 고효율화를 실현시키려면

철심과 권선의 무부하손실(No-Load Loss)과 부하손실(Load Loss)을 줄여

총손실을 절감해야 한다.

철심에서 발생하는 무부하손실은

-. 변압기 1차측에 전원이 인가된 상태에서

항상 발생하는 일종의 대기전력손실로,

부하율이 낮을수록 총손실에 미치는 영향이 커진다

권선에서 발생하는 부하손실은

-. 변압기 부하율에 따라 변동되는 손실로

대략 부하율의 제곱에 비례하여 발생하며

부하율이 높을수록 총손실에 미치는 영향이 커진다.

-. 변압기 손실은 100% 부하기준에서


부하손실과 무부하손실의 비율이 8 : 2로 구성

평균부하율이 낮으면 효율은 무부하손실에 의해 좌우되며,

평균 부하율이 높으면 부하손실이 효율에 큰 영향을 미치게 된다.

무부하손실을 줄이는 방법으로

-. 철심의 자속 도를 낮추는 방법, 철심재료를 개량하는 방법,

가공방법을 개선하는 방법과 두께를 얇게 하여 Eddy Loss를 줄이는 방법

부하손실을 개선하는 방법으로는

-. 변압기 소형화를 통해 코일의 크기를 작게 하고

도체의 길이를 짧게 하거나 단면이 얇은 도체를 채택하는 방법.

철심소재 개선을 통해 무부하손실을 줄이는 방법

-. 규소강판에 열처리 및 추가공정개선으로 인한 자구미세화,

규소합금(아몰퍼스)의 생산방법 변경을 통한 자구미세화.

평균 부하율에 따른 부하 손실


고효율화를 위한 소재 개선

구분 두께(mm)철손(W.kg 60Hz) 포화

자속 도점적율(%) 철심보호

1.7 T 1.5T 1.3T

규소

강판

방향성일반 0.3 1.7 1.16 0.91 1.86 97

불필요고배향성 0.27 1.2 0.91 0.79 1.93 97

자구제어 0.23 0.92 0.71 0.59 1.95 97

아몰퍼스 0.025 0.3 1.58 86 필요

아몰퍼스 메탈, 방향성 규소 강판, 아몰퍼스 코어의 성형(왼쪽부터)


철심 개선에 있어 레이저와 아몰퍼스 메탈의 비교

자구미세화, HGO(레이저) 아몰퍼스 비고

철손(W/kg) 0.41 0.12 무부하손실(비정질유리)

포화자속 도(Tesla) 2.03 1.52 비정질변압기 소형화곤란

변압기가격 상대적 저가 고가

소재 두께 0.23 0.025 내외

소재 가격 유리 불리

소음 유리 불리

총 손실 고부하에서 유리 저부하에서 유리

제작가능용량 대용량 제작가능 대용량 기술적한계

열처리 500℃ 이상에서 열화 결정화 온도 : 550℃ 기존 전기강판 대비(열처리 곤란)

공급사 다수 일본 히타치 금속 아몰퍼스 변압기 대량생산 곤란

아몰퍼스 코어의 특징

-. 아몰퍼스 메탈은

철(Fe), 붕소(B) 및 규소(Si) 등의 혼합물을 이용하여

용융, 금속 냉각 등으로 만들어진 비정질 자성재료로써,

원자가 규칙적으로 배열되기 전에 고체화되어 불규칙한 배열 상태를 가진

0.025[mm]의 합금 박판으로 무결정의 비정질성에 의한

히스테리시스손을 절감시킬 수 있으며

두께가 얇기 때문에 와류손 절감을 기대할 수 있다.

아몰퍼스 고효율 몰드 변압기

-. 변압기의 기본 구성 요소인 철심 재료를

일반적인 방향성 규소강판 대신 아몰퍼스 메탈을 사용하여

무부하손을 기존 변압기의 75% 이상 절감한 절전형 고효율 변압기로,

대기전력 절감 효과가 탁월하다.


-. 평균 부하율이 낮고 낮과 밤의 부하 사용 편차가 큰 경부하 수용가에 유리하다.

-. 최대 1,250kVA까지 제작 가능하며 주로 학교, 도서관, 관공서에 적용된다.

-. 아몰포스 메탈변압기는 Low Loss 개념의 인지로 설계 능력을 증가시켰으며

신소재 개발 기술에 대한 관심을 높인데다

KS규격 대비 전력절감효과가 탁월했다.

아몰퍼스단점 :

-. 부하율이 클수록 에너지절감 효과가 낮아져

대다수 현장에서 실제로 사용하는 부하율(40~50%)에서

효과가 적고 절감 효과에 비해 투자 회수 기간이 장기화된다

-. 아몰퍼스 코어의 가공 한계성 때문에

1,250kVA 이상 제작시 철손 절감효과가 급속히 떨어지고

-. 소재의 기술적 한계로 인해 소음이

KS기준보다 더 커졌다는 문제도 생겼다.

레이저 저소음 고효율 변압기

자구미세화 코어는

-. 자구(磁區, Domain)를 강제적으로 분할시켜 철손을 개선한 것으로

레이저(Laser)처리, 기어드롤(Geared Roll)에 의한 기계적 방법, 화학적 방법 등이

사용된다.

-. 레이저 처리의 경우 500℃ 이상에서 열처리했을 때 철손이 열화된다.

-. 변압기의 기본 구성 요소인 철심의 재료를

방향성규소강판(CGO) 또는 아몰퍼스코어 대신

레이저코어(자구미세화 강판, HGO)를 사용한

차세대형 레이저 저소음 고효율 변압기를 개발.

자구미세화 강판의 특징

-. 방향성 규소강판을 레이저빔으로 가공,


분자구조인 자구를 미세하게 분할함으로써 손실을 개선한 전기강판이다.

-. 소재의 특성상 소음이 적고 가공이 용이하여

1,250kVA 이상의 변압기 제작이 가능하며,

10MVA 레이져 저소음 고효율변압기를 3대 공급함으로써 용량한계를 극복.

제품별 철손 비교


각 변압기 비교표(예) 3ph 1,000㎸A 사용조건 : 부하율 70% × 16시간 ＋ 부하율 40% × 8시간)

구분 레이저저소음고효율변압기

아몰퍼스고효율변압기

규소강판일반변압기 비고

총손실 철손(W) 1,370 44% 760 25% 3,100 100%

100%부하조건(%:상대평가)

동손(W) 7,690 69% 10,400 94% 11,100 100%

총손실(W) 9,060 64% 11,160 79% 14,200 100%

효율(100% 부하시) 99.10% 98.90% 98.60%

총손실전력량

일일(kWH/일) 103.0 113.1 175.6 부하율=1.024HR/일365일/년

110원/kWH

연간(kWH/일) 37,600 41,277 64,106

총손실전력비용(천원/년) 4,136 1,540 7,052

유리한부하율 30% 이상 30% 미만 100%

고조파부하K Factor 7

상시운전가능불가 불가

소음(dB) 53 70 70 KS규격:70dB가격비교 150 200 100

과부하운전 115% 연속운전가능 100% 100%

제작용량 최대 20MVA 최대 1.25MVA 최대 30MVA

레이저 저소음 고효율 몰드변압기

-. 철심의 재료로 방향성 규소강판을 레이저 가공 처리한 자구미세화 강판을 사용

부하손실을 30%, 무부하손실을 60~70% 절감한 고효율 몰드변압기

-. 무부하손 60%와 부하손 30%를 동시에 절감하여 총손실을 최소화.

-. 아몰퍼스 대비

실질 투자회수 기간을 단축시킬 수 있으며

아몰퍼스 및 KSC 규격 일반 변압기 대비 30% 이상의 저소음을 실현한다.

-. 최대 20MVA까지의 대용량 변압기 제작이 가능하며 평균 부하율이 높고(30% 이상)

낮과 밤, 계절별 부하 사용의 편차가 크지 않은 수용가에 유리하다.

-. 아파트, 빌딩, 제조공장, 병원, 방송국, 사무용 빌딩 등에 적용 가능하다.

-. 과부하 내량 증가로 UPS, DC, 정류기, 전산기기 등에서 발생하는 고조파 대비용

변압기로도 사용 가능하다.

아몰퍼스 변압기의 특징


-. 포화자속 도가 높다

-. 철손이 작다

-. 자화하기 위한 여자전류가 작다

-. 규소강판과 비교하면 포화자속 도는 작지만

철손 및 여자전류가 1/3∼1/4로 작아 상당히 양호한 성질

-. 변압기의 철손은 철심을 자화하기 위해 소비되는 에너지로서

히스테리시스손과 와전류손으로 대별

-. 히스테리시스손은

철심내의 자속이 방향 및 크기가 변화할 때

철심을 구성하는 자기분자가 방향 및 배열을 바꾸어 분자상호간에 마찰손이

발생하는데 기인하는 것

히스테리시스 루프가 포위하는 면적에 비례한다.

주파수에 비례하며 자속 도의 1.6∼2승에 비례한다.

-. 히스테리시스 루프의 면적이 현용 규소강판과 비교해서 상당히 작다.

-. 와전류손은 자속의 변화에 의해 철심 내에 기전력이 발생, 전류가 흐른 결과

저항손실을 발생시키는 것

-. 강판의 두께, 주파수 및 자속 도의 각각 2승에 비례한다.

-. 아몰퍼스 자성재로는

-. 고속회전하는 냉각롤에 분사되어 만들어지기 때문에

두께가 0.03mm로 현용 규소강판에 비해 약 1/10 정도 얇으며

저항률도 높기 때문에 와전류손도 낮게 억제된다.

-. 아몰퍼스변압기는 아몰퍼스 자성재료의 포화자속 도가 비교적 낮기 때문에

현용의 변압기에 비해 부피가 약간 크다.

아몰퍼스 자성재료의 두께가 얇기 때문에 가공처리에 필요한 작업이

증대·고도화하고 철심의 점적률도 저하한다.

아몰퍼스(Amorphous) 변압기의 정의

-. 아몰퍼스란 장거리의 주기적 원자배열이 저지된 고체상태


-. 아몰퍼스 금속은 철, 실리콘, 보론을 주성분으로 하는 원료를 노에 넣어

약 1,260 [℃]로 가열, 용융하여 냉각속도로 냉각하여 박대상으로 제조

-. 아몰퍼스 박대를 종래부터 전력용 변압기에 사용되고 있는

규소강판 대신, 철심의 자성재료로 적용한 변압기이다.

-. 아몰퍼스 자성재료는 철손과 여자전류가 매우 적다.

그 이유는 통상의 합금과는 달리 결정구조를 갖추지 않았다,

차단기의 정의

-. 차단기는 화로의 사고시에 고장전류를 개방하는 능력을 주목적

-. 회로를 선택하여 개폐하는 것이 주목적이므로 동작횟수 등이 한정

-. 차단기는 보통의 부하전류를 개폐함과 동시에

이상상태 발생시에 신속히 회로를 오픈(Open)시켜 주는 기능을 겸비

회로에 접속된 전기기기, 전선류를 보호하고 안전하게 유지하는 것이다.

차단기의 종류

유입차단기 (Oil Circuit Breaker : OCB)

1) 대전류 차단시

2) 소전류 차단시

진공차단기 (Vacuum Circuit Breaker : VCB)

1. 고진공 밸브 안에서 차단이 이루어진다.


2. 기체의 압력을 내리면 Mean Path free time(평균자유행정)이 늘어나면서 분자의

충돌 횟수가 감소

3. [Torr]에서는 절연내력이 급속히증가,

[Torr] 진공도 유지

4. [Torr] 전극개방 → Arc에 의한 금속증기 → 진공 중으로 급속확산

→ 전류 영점 → Arc 소호 → 재 고진공

파센의 법칙에 의한 방전전압과 기압과의 관계

가스차단기 (Gas Circuit Breaker : GCB)

1. SF6 가스는 소호능력이 공기의 100배, 매우 안정도가 높은 불활성 가스로써 무독,

무취 공기보다 무겁다.

2. 열화학 작용에 의한 소호

3 전기적 부특성에 의한 소호

자기차단기(Magnetic Blast Circuit Breaker : MCB)

1. 아크를 자계 구동 → 소호실로 어 넣고 → 아크를 확대, 폐쇄 → 냉각


→ 단위 길이 당 아크 전압 상승→ 아크전류 감소 → 소호

2. 아크를 구동 확대하는 방법으로

불어끄기 코일 방식

Loop 아크 방식이 있다.

공기차단기 (Air Blast Circuit Breaker : ABCB)

-. 개방할 때 접촉자가 떨어지면서 발생하는 아크를

강력한 압축공기 10 ~ 30 [kg/cm2․g]로 불어 소호. 일정한 소호능력을 갖고 있다.

-. 별도의 공기압축기가 필요하며 대용량의 차단기에 쓰인다.

기중차단기 (Air Circuit Breaker : ACB)

-. 자연공기 내에서 개방할 때 접촉자가 떨어지면서 소호하는 방식

-. 차단기는 회로의 사용전압이 600[V] 이하에 사용되고

개폐에 의한 아크를 자력에 의하여 소호하는 방식으로 직류차단기에 많이 사용된다.

배선용 차단기 (Moulded Case Circuit Breaker : MCCB)

-. 개폐기구, 트립핑 장치 등을 절연물의 용기 내에 합계 조립한 것

-. 정상상태의 전로를 수동 또는 전기동작에 의해 개폐할 수가 있고

-. 과부하 및 단락 사고시에 자동적으로 전로를 차단하는 기구

-. 회로의 사용전압이 직류 250 [V] 이하,

교류 600[V] 이하의 저압 옥내 전로에 사용된다.

일반배선용 차단기의 동작특성 전력퓨즈와 MCCB의 협조


누전차단기

전선로에 지락 사고가 일어났을 때 위험을 방지할 목적으로 누전 차단장치를

시설하도록 규정하고 있다. (내선규정 제 151절)

누전차단기의 용어설명

정격전류 :

규정된 온도상승 한도를 초과함이 없이 연속해서 통전가능한 전류로 누전차단기에

표시된 값

감도전류 :

누전차단기를 폐로한 상태로 주회로의 1극에 전류를 통하고

전류를 서서히 증가시켜서 누전차단기가 트립 동작한 때의 전류치

정격감도전류 :

소정의 조건에서 영상변류기의 1차측의 지락전류에 의하여

누전차단기가 반드시 트립동작을 하는 1차측의 전류이며 누전차단기에 표시된 값

정격부동작전류 :

소정의 조건에서 영상변류기의 1차측지락전류가 있어도 누전차단기가 트립동작을

하지 않는 1차측 지락전류로 누전차단기에 표시된 값

누전차단기의 종류(KSC 4613)

구분 정격감도전류(mA) 동작시간

고감도형

고속형

5, 10, 15, 30

정격감도전류에서 0.1초 이내

인체감전보호용은 0.03초 이내

시연형 정격감도전류에서 0.1초를 초과하고 2초 이내

반한시형

정격감도전류에서 0.2초를 초과하고 1초 이내

정격감도전류에서 1.4배의 전류에서 0.1초를 초과하고 0.5초 이내

정격감도전류 4.4배의 전류에서 0.05초 이내

중감도형

고속형50, 100, 200, 500, 1000

정격감도전류에서 0.1초 이내

시연형 정격감도전류에서 0.1초를 초과하고 2초 이내


[비고] 누전차단기의 최소동작전류는 일반적으로 정격감도전류의 50[%] 이상이므로

선정에 주의

누전차단기의 시설방법

누전차단기 설치

-. 주택의 옥내전로에는 반드시 접지극이 있는 콘센트 설치

-. 욕실 등 물에 젖어있는 상태에서 사용하는 장소에 설치하는 콘센트에는

인체감지보호용 누전차단기(정격감도전류 15[mA]이하 동작시간 0.03[초]이하

전류동작형)에 보호된 전로에 접속하거나 인체감전보호용 누전차단기가 부착된

콘센트를 반드시 설치

콘센트는 접지극이 있는 방적형 콘센트를 사용하여 접지하여야 함


각종 차단기의 특성 비교

구분 OCB ABCB MBCB VCB GCB

소호방식 오일분사압축공기를

불어서아크의 자계작용 진공중의 아크확산 SF6 가스확산

정격전압[kV] 12~300 12 ~ 36 12 12 ~ 36 12 ~ 550

차단시간[Hz] 8.5 5.3 8.5 5.3 5.3

단락전류 대전류차단 대전류 차단 대전류차단 소전류차단 중전류차단

이상전압 있음 있음 있음있음

(보호장치 필요)없음

연소성 가연성 난연성 난연성 불연성 불연성

보수/점검 간단간단(공기압축기

보수)

간단(소호실의

흡습에 유의)극히 간단 간단

Surge 전압 약간높다 낮다 낮다매우높다

(보호장치 필요)낮다

기계적 수명 10,000회 10,000회 10,000회 50,000회 50,000회

경제성 염가 중간 중간 고가 고가

차단기의 동작 과정


1. 정격전압

차단기에 가할 수 있는 사용회로의 최대공급전압

정격전압 = 공칭전압 ×

(7.2, 25.8, 72.5, 170, 362 [kV])

2. 정격전류

정격전압, 정격주파수에서 규정한 온도상승치(40℃)를 초과하지 않는 상태에서

연속적으로 통할 수 있는 전류의 한도를 말한다. (600, 1200, 2000, 4000[A])

3. 정격차단전류

차단기의 정격전류에 해당하는 회복전압 및 재기전압 등의 규정 조건에서 규정

동작책무 및 동작상태를 수행할 수 있는 지역률차단전류의 한도를 말한다

(7.2 [kV] ~ 12.5 [kA], 25.8[kV] ~ 12.5[kA], 25[kA], 72.5[kV] ~ 20[kA],

170[kV] ~ 40[kA])

4. 정격차단시간

정격차단전류를 모든 정격 및 규정 조건에서 표준동작책무 및 동작상태에 따라

차단할 때 걸리는 차단시간의 한도를 말한다.

5. 동작책무

차단기의 목적은 전력의 송 ․ 수선, 절체 및 정지 등을 계획적으로 하는 외에

전력계통에 어떤 고장이 발생하였을 때 신속히 자동차단하는 책무를 가지는 주요한

보호장치로서 차단기의 동작기능의 보증이 필요하다.

차단기의 동작책무란 1~2회 이상의 투입, 차단 또는 투입, 차단을 일정한

시간간격으로 행하여지는 일련의 동작을 말하고 이것을 기준으로 하여, 그 차단기의

차단 성능, 투입 성능 등을 정한 동작책무를 표준 동작책무(standard duty cycle)라

한다.

6. 차단기 차단용량의 산정


대부분 차단기의 차단용량이란 그 차단기를 적용할 수 있는 계통의 3상

단락용량한도를 말한다.

차단용량[MVA] = × 정격전압 × 정격차단전류

차단기 용량을 기준으로 하는 경우

차단기 용량 [kVA] = 기준용량 [kVA] ×

*

변압기 용량을 기준으로 하는 경우

차단기 용량 [kVA] = 변압기 용량 [kVA] ×

SF6 GAS의 특징

1. 무색, 무취, 무해한 가스로 소형 경량화할 수 있다.

2. 소호능력은 공기의 약 100 ~ 200배 정도

3. 불연, 불활성 가스

4. 지극히 안전도가 높은 화합물

5. 저전압 소용량에서 초고압 대용량까지 사용

6. 절연내력이 크다. (공기의 2~3배 정도)

차단기 투입방식

1. 수동조작식 :

투입에 직접 필요한 기계력이 인력에 의한 방식으로 정격 투입전류가 16[kA] 이하에

적용된다.

2. 스프링 투입조작방식 :

차단기 투입조작에 직접 필요한 기계력이 스프링으로 저장된 에너지에 따라 주어진

방식을 말하며,


수동 스프링 투입조작 :

인력으로 스프링을 축전

조작전원의 불필요, 원방조작이 가능하다.

전동 스프링 투입조작 :

전동기로 스프링을 축전

조작전원의 필요, 수동조작이 가능하다.

3. 전기투입조작방식 :

차단기 투입조작에 직접 필요한 기계력이 전자솔레노이드의 전기 에너지로 주어지는

조작방식을 말한다. 구동원의 조작 전원에 따라 구분하면 다음과 같다.

구동원리에 따라 :

전동기 구동, 전자 솔레노이드 구동으로 구분

조작 전원에 따라 :

직류조작, 교류조작으로 구분

4. 공기투입조작방식 : 압축공기로 투입조작

차단기 트립방식

1. 전압트립방식 :

2. 과전류 트립방식 :

3. 부족전압 트릭방식 :

4. 콘덴서 트립방식

전압트립방식 :

-. 직류 또는 교류제어전원을 사용


-. 보호계전기 또는 제어스위치로 차단기의 조작장치를 제어하고

차단기를 트립하는 방식이다.

직류전압 트립방식

상시 여자방식

과전류 트립방식 :

-. 차단기의 주회로에 접속된 변류기 2차 전원에 따라 차단기가 트립되는 방식

-. 변류기 2차 전원에 따라 상시 여자해 두는 것을 상시여자방식,

보호계전기를 통해서 작동시만 순시 여자되는 것을 순시여자방식이라고 한다.

과전류 트립 방식

부족전압 트릭방식 :

-. 부족전압 개폐장치에 인가되어 있는

전압의 저하에 따라 차단기가 개폐되는 방식이다.

-. 트립코일이 직접 제어전원에 접속되어 있는 것을 직접식, 보호계전기를 통해서 제어

전원에 접속되는 것을 간접식이라고 한다.


부족전압 트립방식

콘덴서 트립방식 :

-. 충전된 콘덴서의 에너지로 차단기가 트립되는 방식이라고 한다.

콘덴서 트립 방식

주요 차단기 간단한 특성

(1) 유입차단기(OCB: Oil Circuit Breaker)

-. 전로의 차단이 절연유를 소호매질로 하여 동작하는 차단기

Tank형 OCB와 소유량형 OCB(MOCB: Minimum Oil Breaker)의 두 종류

-. Tank형이라 함은 철재의 Tank 내부의 절연유 중에서 소호를 시키는 것

-. 소유량형은 Tank 대신에 자기의 애관을 사용한 것이다.

(2) 자기차단기(MBB: Magnetic Blast Circuit Breaker)

-. 아크를 아크 Shoot와 같은 Ion 장치 중에 구동시킬 자기회로를 가지고 있어


대기중에서 전로의 차단을 하는 차단기

-. 대기중에서 전자력에 의해 소호장치 내에 아크를 구동하는 것을 말한다.

(3) 공기차단기(ABB: Air Blast Circuit Breaker)

-. 전로의 차단이 압축공기를 소호매질로 하여 동작하는 차단기

-. 압축공기의 절연내력은 압력이 높아짐에 따라 증가하고 약 7kg/cm2에서는

새 절연유와 동등 이상으로 된다.

(4) 진공차단기(VCB: Vacuum Circuit Breaker)

-. 전로의 차단이 높은 진공 중에서 동작하는 차단기

높은 진공 중의 절연내력은 상당히 높고

금속증기나 전하입자의 확산에 의한 소호작용이 현저하기 때문에

이러한 특징을 살려서 진공용기 내에서 전류의 개폐, 차단을 행하도록 한 것

-. 진공차단기의 특성은 소형으로서 무게가 가볍고 불연성,

무소음으로서 수명이 길어서 차단기로서

고속도, 고빈도 개폐기의 기능 및 차단성능이 우수하다.

(5) 가스차단기(GCB: Gas Circuit Breaker)

-. 전로의 차단이 6불화유황(SF6: Sulfar Hexafloride)과 같은 특수한 기체,

불황성가스를 소호매질로 하여 동작하는 차단기

-. 특징

SF6가스의 물리적, 화학적, 전기적 성질이 매우 우수하여

절연내역이 우수하고 소호능력이 뛰어나며 아크가 안정되고

절연회복이 빨라 고전압, 대전류차단에 적합하다.

차단시에 외부로 가스를 흡출하지 않아 공기차단기와 같은 폭발음이 없어 소음공해가

없으며 변압기의 여자전류 차단과 같은 소전류 차단에도 안정된 차단이 가능하다.

과전압의 발생이 적고 아크소호 후 절연회복이 매우 우수하여

근거리 선로고장, 탈조차단, 이상지락 등의 가혹한 조건에서도 강하다.


차단기 설치 목적

통상적인 전류를 개폐하고 이상 상태 발생시 신속히 회로를 차단하여

사고점으로부터 계통을 분리하여 전기기기를 보호하고 안전성을 유지

차단기의 종류

1) 유입 차단기(OCB：Oil Circuit Breaker)

2) 공기 차단기(ABB：Air Blast Circuit Breaker)

3) 자기 차단기(MBB：Magnetic Blast Circuit Breaker)

4) 진공 차단기(VCB：Vacuum Circuit Breaker)

5) 가스 차단기(GCB：Gas Circuit Breaker)

참고) 600[V]급용으로 기중 차단기(ACB：Air Circuit Breaker)가 있음.

특고압 차단기의 종류별 특징을 비교하면 아래표와 같다.

구 분 OCB ABB MBB VCB GCB

소호방식 오일분사압축공기로

불어서 소호

아크의

자계작용 이용

진공중의

아크확산SF6가스확산

정격전압[kV] 3.6∼300 12[kV]이상 3.6∼12 3.6∼36 36[kV]이상

차단시간대[Hz] 8, 5 5, 3 8, 5 5, 3 5, 3

단락전류 대전류 차단 대전류 차단 대전류 차단 소전류 차단 중전류 차단

연소성 가연성 난연성 난연성 불연성 불연성

보수․점검 간단간단(컴플레서

보수필요)

간단(소호실의

흡습에 주의)극히 간단 간단

Surge 전압 약간 높다 낮다 낮다매우 높다

(보호장치 필요)낮다

기계적 수명 10,000회 10,000회 10,000회 10,000회 10,000회

경제성 염가 중간 중간 고가 고가


차단기 차단용량 산정

차단용량[MVA] = ×정격차단전류[kA]×정격전압[kV]

＊ 변압기용량을 기준으로 하는 경우

차단용량[kVA]= 변압기의용량

×

차단기설치목적：

통상의 전류개폐, 사고 발생시 신속히 회로 차단, 계통 분리

→ 전기설비 보호 및 안전성 확보

차단기 종류

① OCB ② VCB ③ ABB④ ACB ⑤ MBB ⑥ GCB

차단기 조작 장치：

투입→투입유지→트립→개로유지 등의 조작을 반복

차단기 투입방식

수동 투입조작：

스프링 투입조작：스프링의 기계력으로 투입

① 수동스프링 투입조작：조작전원 불필요, 원방 조작을 하지 않을 경우 적합.

② 전동스프링 투입조작：조작전원 필요, 수동 조작 가능

전기 투입조작

① 구동원에 따라：전동기 구동, 전자 솔레노이드 구동으로 구분

② 조작 전원에 따라：직류조작, 교류조작방식으로 구분

공기 투입조작：압축공기로 투입조작

투입방식 선정시 고려사항


① 정격 투입전류：차단전류의 2.5배

② 정격 투입조작 전압：DC 100, 200[V], AC 100[V]

저압배선 보호 개념

저압 사고전류의 종류

과부하전류：

부하변동에 의해 발생, 정격전류의 6∼7배 정도가 상한

과도전류：

변압기의 투입전류 전동기의 시동전류등 매우 짧은 시간만 존재하고 자연 감쇄하여

정상값으로 돌아가는 전류

단락전류：

전로의 단락, 혼촉에 의한 전류 보통 정격전류의 20∼30배 정도

㉠ 대칭 단락전류

㉡ 비대칭 단락전류

지락전류：

도체가 기기의 Flame이나 대지에 접촉되어 흐르는 전류, 인체보호 시

15∼30[mA]정도. 때에 따라서는 수10[A]∼100[A] 정도


저압배선용 차단기(MCB：Molded Case Circuit Breaker)

1) 구성 및 일반특성

-. 소호장치, 트립장치, 개폐 장치가 절연물 용기내에 수납되어 있으며 수동 조작 방식,

전로의 단락 보호 목적으로 사용

-. 차단 용량[kA]：KS C 8321에서 각 극마다 0-2분-CO동작 책무로 1회 또는 3상

교류에서 1회 차단 가능한 값으로 규정

-. 트립기구

㉠ 과부하 보호용：열동식, 전자식 시연트립, 열동전자식 시연트립

㉡ 단락 보호용：전자식 트립장치

-. 한류형 배선용 차단기

㉠ 사고전류 통과시 고정자와 가동접촉자간의 전자 반발력으로 한류 효과

㉡ 사고전류의 파고값이 억제되고 한류 효과가 커서 큰 차단 용량을 갖는다.

㉢ 380[V], 440[V] 전로에 적용하면 큰 효과

MCB 보호협조

① 전선 보호

㉠ 과부하, 연속영역：전선의

허용전류특성보다도 MCB의 동작

특성이 좌측에 있도록 선정

㉡ 단락영역：MCB의 가 전선의

이하일 것

전동기 보호


㉠ 전동기용 MCB, 전동기용 ELB에 의한

보호：전동기 손상 특성과 전동기 전류

사이에 MCB동작 특성이 존재

㉡ 전자개폐기와 MCB, ELB에 의한 보호：열동릴레이의 최대정정치 10배 이하에서

MCB, ELB 동작 특성이 교차하도록 한다.

변압기 보호

여자돌입 전류에 오동작하지 않도록 그것보다 우측에 MCB 동작 특성 곡선을 설정

누전차단기 설치

-. 주택의 옥내전로에는 반드시 접지극이 있는 콘센트 설치

-. 욕실 등 물에 젖어있는 상태에서 사용하는 장소에 설치하는 콘센트에는

인체감지보호용 누전차단기(정격감도전류 15[mA]이하 동작시간 0.03[초]이하

전류동작형)에 보호된 전로에 접속하거나

인체감전보호용 누전차단기가 부착된 콘센트를 반드시 설치


-. 콘센트는 접지극이 있는 방적형 콘센트를 사용하여 접지하여야 함

장 ․ 단점 비교

시공방법 1.

-. 누전차단기(정격감도전류 15[mA], 동작시간 0.03[초])부착형 콘센트를 사용

-. 욕실, 주방, 세탁실 등에 누전차단기 부착형으로 시공

․ 장점 : 누전 등 누전차단기 동작 시 기기를 개별적으로 보호 (정전범위 최소)

․ 단점 : 고가의 제품을 여러 개 사용하여야 하므로 공사원가 상승

시공방법 2.

- 분전함 Main에 주전차단기(정격감도전류 15[mA], 동작시간 0.03[초])를 설치


시공방법 3.

-. 욕실, 주방, 세탁실 등 물을 사용하는 장소에 공급하는 별도 전열회로에

누전차단기(정격감도전류 15[mA], 동작시간 0.03[초])를 사용

[시공예시 2, 3] 전로에 누전차단기를 시설하는 경우

․ 장점 : 전로에 누전차단기를 시설함으로 공사원가 상승 부담이 적음

․ 단점 : 누전차단기 동작시 전로 전체가 차단됨 (정전범위가 크다.)

누전차단기의 개요

① 누전에 의한 감전사고로부터 사람과 가축의 생명 및 재산을 보호하기 위한 접지

시공시 접지 저항의 저감은 허용 인체통과전류 이하로 저하시키기에는 한계가

있으므로 이에 대한 대책으로 누전시 전로를 신속하게 차단(인체보호용 누전차단기의

경우: 30mA, 0.03초 이내)하여 전위상승을 억제하도록 누전차단기를 설치하고 있다.

② 적용기준: 전기설비기술기준, 내선규정, 산업안전보건법, 노동부기술지침

누전차단기의 설치 목적

교류 600V 이하의 전로(電路)에서 인체에 대한 감전사고 및 누전에 의한 화재나

아크에 의한 기계기구의 손상을 방지하기 위함임.


① 동작시간에 따라 고속형, 시연형, 반한시형으로 나뉜다.

② 감도에 따라 다음과 같이 나뉜다.

• 고감도형: 정격감도전류가 30mA 이하.

• 중감도형: 정격감도전류가 30mA를 넘고 1A 이하(50, 100, 200, 300, 500, 1,000).

• 저감도형: 정격감도전류가 1A를 넘고 20A 이하(3, 5, 10, 20).

계기용 변성기

-. 정상시의 중요한 계기, 계전기를 고전압 ․ 대전류의 주회로로 부터 절연하는 것과

적당한 전압 ․ 전류로 변성함으로써 측정 ․ 보호범위를 확대하여 계기, 계전기의

표준화를 가능하게 하고 측정 ․ 보호의 집중화를 용이하게 하기 위함.

-. 전기설비기기 가운데 고전압 ․ 대전류 등의 경우는

전압이나 전류를 직접 측정할 수 없으며 변류기와 변압기를 이용하여 측정한다.

이용되는 기구를 계기용 변성기라 한다. 계기용 변성기에는 계기용 변압 변류기(PCT,

VCT, MOF), 계기용 변압기(VT, PT), 계기용 변류기(CT) 등이 사용

계기용 변압 변류기(MOF : Metering Outfitting)

-. 전력회사로부터 3[kV] 이상의 고압으로 전기의 공급을 받는 일반 전기 수용가가

전력량계용으로 사용하는 것으로 수용가의 변전설비에 취부되는 기구이다. 기기는

계기용 변압기(VT, PT)와 계기용 변류기(CT)를 하나의 상자에 넣은 것으로 전원설비 강의 080918.hwp 100

내선규정에서는 전력 수급용 변성기라 한다.

-. 전압별 형식

전압별 형식

-. 수전전력 계약용량과 계기등급

전기계기의 정 등급

MOF 선정기준

-. 공급전압을 결정하여 PT를 선정하고, 부하전류를 산정하여 CT를 결정한다.

계기용 변압기 (P.T : Potential Transformer)


-. 전압 측정에 사용되는 계기는 200[V] 이하의 전압이 요구되므로 회로의 전압이

200[V]보다 높은 경우에는 전압을 110[V]로 낮추어서 측정한다.

변압에 필요한 기기를 계기용 변압기라 한다.

-. 어떤 전압값에 비례하는 전압값으로 변성하는 계기용변성기를 말한다.

보호계전기용의 계기용변압기는 사용 목적에 따라 비접지형과 접지형으로

상수에 따라 단상과 3상으로 분류된다.

-. 계기용 변압기는 재료에 따라서 와니스(vanish)로 절연한 것을 건식 PT, 에폭시

레진으로 몰드(epoxy resin ould)한 것을 에폭시 몰드 PT, 부틸고무로 몰드 절연한

것을 전몰드 PT라 하고 있다.

전압별 계기용변압기의 형식

PT의 종류

1. 접지별 : 접지형, 비접지형

2. 용도별 : 계전기용(방향성, 계기용)

3. 동작원리별 : 권선형, 콘덴서형

4. 절연구조별 : 유입형, 건식형, 몰드형


5. 사용장소별 : 옥내형, 옥외형

권선형태에 다른 분류

1. 권선형 PT :

1차 및 2차 모두가 권선으로 제작되어 권수비에 변압비가 결정된다.

2. C.C.P.D(Coupling Capacitance Potential Device) :

-. 고압측을 권선 대신 Capacitance을 이용하여 1차 전압을 분압시킨 후

전압 TAP를 만들어 이 전압을 권선형 PT로 필요한 2차 전압을 얻는 방식이다.

권선 형태에 따른 분류

정격부담

-. 계기용 변압기의 2차측 부담의 정의는

변류기의 경우와 같이 정격주파수의 2차 전류하에서 소비되는 [VA]로 나타낸다.

변류기의 부하는 직렬로 접속하지만

계기용 변압기의 부하는 병렬로 접속하여야 한다

계기용 변압기의 용어 설명

1. 비오차 :

실제의 1차 전압과 2차 전압 또는 2차 전압의 비가 명판에 기재된


공칭 변성비에 대해 얼마나 틀리는 가를 나타내는 것.

2. 위상각 :

1차 전압 벡터에 대해 180°회전시킨 2차 전압 또는 3차 전압의 벡터가

이루는 각을 분으로 나타낸다

계기용 변류기(CT: Current Transformer)

-. 1차 전류값을 이에 비례하는 2차 전류값으로 변성하는 계기용 변성기

-. 회로에 흐르는 전류가 큰 경우 접속하는 전선이나 케이블이 굵게 되므로

전류계, 전력량계 및 계전기 등에 연결시키는 작업이 곤란하므로

계기용 변류기의 취부에 있어서는 보수, 관리하는 사람에 위험성이 없도록

접속전선이나 케이블의 접속 충전부를 충분히 고려하여야 한다.

에폭시몰드 CT 윈도우형 CT 사각 CT

부스바 CT 링형 CT

3구용 CT Double Ratio CT

CT 선정순서


CT의 종류

용도별 :

계전기용(영상변류기, 3차 권선 변류기 등), 계기용

권선구조별 :

권선형, 봉형, 관통형, 부싱형

절연구조별 :

건식, 유입식, 몰드식

사용장소별 :

옥내용, 옥외용

계기용 변류기의 정격

정격전류 :

-. 변류기의 정격 1차 전류와 정격 2차 전류는 표준값으로 한다.

정격 1차 전류 :

-. 수용가의 인입회로나 전력용 변압기의 1차측에 설치하는 것은

최대 부하전류의 120~150[%] 정도로 선정하고

-. 전동기 부하 등 기동전류가 큰 부하는 정격 입력값의 200~250[%] 정도로 선정한다.


정격 2차 전류 :

-. 정격입력전류는 5[A]의 것이 많으나,

디지털용 계전기 등의 정격입력전류는 1[A]의 것으로 제작되는 경향이 있다.

-. 변류기의 2차 권선에 여러 개의 부하가 연결된 경우 모두 직렬로 연결

부하의 정격입력 전류와 변류기의 정격 2차 전류를 일치시켜야 한다.

-. 변류기의 설치장소에서 멀리 떨어진 곳을 원방 계측하는 경우

변류기 2차 배선의 부담을 줄이기 위하여 0.1[A] 또는 1[A]로 하여 사용

정격부담 :

-. 규정의 조건하에서 정해진 특성을 보증할 수 있는 변류기의 권선당 부담

-. 변류기의 정격부담보다 변류기의 부하 사용부담이 클 경우에는 변류기의 오차가

증가하고 과전류 특성도 나빠진다.

-. 변류기의 2차 배선의 길이가 길 경우

Z =

Z는 변류기 2차 권선의 임피던스[Ω],

VA는 변류기의 2차 권선의 정격부담[VA],

I는 변류기 2차 권선의 정격전류[A]이다.

변류기의 정격부담(VA)


정격 내전류 :

-. 전력회로에 단락사고가 발생하면 회로에 접속된 변류기의 1차 권선에도 큰

고장전류가 흐르게 되어 그 과전류에 의하여 권선의 온도가 상승하여 권선이

용단되거나, 강력한 전자력에 의하여 권선이 변형될 경우가 있다.

-. 고장전류가 변류기 1차 권선에 흐를 경우 변류기의 정격 1차 전류값의 몇 배의 고장

전류까지 견딜 수 있는가를 정한 것

변류기의 정격 과전류강도

열적 과전류 강도 :

-. KS 규격상으로 표준 지속시간이 1.0초로 되어 있으나 실제로 과전류가 흐르는

시간은 경우에 따라 다르게 된다.

-. 임의의 지속시간에 대한 열적 과전류 강도는 다음 식으로 계산한다.

S =

[kA]

S는 통전시 t초에 대한 열적 과전류 강도,

Sn은 정격 과전류 강도 [kA],

t는 통전시간[sec]이다.

기계적 과전류 강도 :

-. 고장전류의 최대 진폭에 견디어야 하고 최악의 경우에는 고장전류(교류실효치)의

배의 진폭에 견디어야 하지만 KS규격상으로 직류분의 감쇠를 고려하여 정격

과전류강도에 해당하는 1차전류(교류실효치)의 2.5배에 상당하는 초기 최대 순시값의


과전류에 견디면 충분한 것으로 이루어져 있다.

-. 회로의 최대 고장 전류의 실효값과 변류기의 정격 1차 전류값으로 비교되는데

변류기의 기계적 강도 ≥ 변류기의 차정격전류전력회로의최대고장전류

로 표시된다.

과전류 정수 :

-. 변류기의 정격부담, 정격 주파수에서의 변성비 오차가 -10[%]가 될 때의

1차고장전류값과 정격1차 전류값의 비인 n으로 표시하는데 n>5, n>10, n>20을

표준으로 한다.

-. 변류기의 1차 권선에 흐르는 전류를 점점 증가시킬 경우 어떤 한도를 초과하면

변류기의 자속 도가 포화되어 여자전류가 급격하게 증가하게 되는데,

이때에는 비오차가 마이너스 쪽으로 증가하고 결국에는 변류기의 2차 전류는 흐르지

않게 된다. 이러한 경향은 2차 부담이 커질수록 심하게 나타난다.

-. 변류기의 과전류 영역에서의 특징을 나타내는 것이므로 이 값이 크다고 해서

변류기의 정격 전류 영역에서도 특성이 좋다는 것은 아니다. 따라서 전력계통에

고장전류가 흘렀을 때 보호할 수 있는 범위에서 정격과전류정수의 값이 가급적 작은

것을 선택하는 것이 변류기의 1차 권선에 큰 고장전류가 흐를 때 변류기의 2차

권선에 연결되는 계기, 보호계전기 등으로 유입전류가 적어져서 유리하다.

-. 전력용 변압기, 발전기 등을 차동 보호하는 변류기인 경우에는 그 2조의 변류기가

과전류 영역에서의 오차가 다르게 되면 보호하고자 하는 기기가 과부하로 될 경우

오차전류의 차에 의하여 차동계전기가 필요없이 동작하게 되므로 주의하여야 한다.

-. 사용하는 2차 부담을 적당히 조절함으로써 사용에 필요한 과전류 정수를 조절하여

과전류 정수 n'은 다음과 같이 표현된다.

′ × 변류기의사용부담변류기의내부손실변류기의정격부담변류기의정격내부손실

n은 변류기의 정격 과전류 정수이며, 변류기의 내부 손실은 1차 전류의 값과

사용부담에 따라서도 달라진다.

영상변류기전원설비 강의 080918.hwp 108

-. 계전기에 필요한 영상전류를 얻는 방법으로서는

변류기 3대를 사용한 Y접속의 잔류회로 혹은 3차 영상분로 접속이 있으나

배전계통에 많은 비접지계 또는 고저항접지계의 미소지락전류를 대상으로 할 때는

변류기의 특성오차에 따른 잔류전류가 커서 사용에 견디지 못한다. 이런 계통의

지락전류를 검출하는데 영상전류가 사용된다.

영상변류기의 종류

-. 형상에는 변류기와 마찬가지로 권선형과 관통형이 있다.

권선형 :

-. 1개의철심에 3조의 1차 권선 및 1조의 2차 권선이 감겨져 있다.

-. 1차 권선에 3상 각상의 전류를 흐르게 했을 때 2차 권선에 각상 영상전류의 3배인

영상전류에 대응한 전류가 흐른다

관통형 :

-. 관통형 CT와 비슷한 구조인 2차 권선을 감은 철심에 1차 도체로서 3심 케이블 또는

1심 케이블 3줄을 관통하여 사용한다

영상변류기 원리


① 1차 전류에 영상전류가 포함되지 않을 때

② 1차 전류에 영상전류가 포함될 때

⇒ ⇒

영상전류 검출방법

-. CT 잔류회로 이용

-. 3권선 CT이용

-. 중성선 CT 이용

-. 영상변류기 이용

영상변류기의 정격

1) 정격전류

-. 주회로 전류에 포함된 정격 영상 1차 전류와 대응하는 정격 영상 2차 전류

-. 200[mA] / 1.5[mA]

2) 허용 오차

-. 영상 2차 전류의 오차를 적게 하려면 여자임피던스가 커야 함

-. 철심이 커지면 여자임피던스도 증가하나 가격 상승

-. 정격 여자임피던스


계 급 정격 여자임피던스(Ω) 영상 2차 전류

H 급 Z0＞40 Z0＞20 1.2[mA] ∼ 1.8[mA]

L 급 Z0＞10 Z0＞5 1.0[mA] ∼ 2.0[mA]

H급：정밀 계측용 L급：과전류 배수가 클 때

정격 과전류 배수

-. 영상 변류기가 포화하지 않는 영상 1차 전류의 범위를 나타낸다.

-. 지락전류가 정격 1차 전류를 크게 상회하거나, 영상과전류가 흘러 과전류 보호를

고려할 때 이 값이 문제가 된다.

-. 정격 과전류 배수： -n0, n0＞100, n0＞200

-n0：계전기를 정격영상전류 이하에서 동작시킬 때

n0 ＞100：영상 1차 전류가 20[A] 정도일 때

n0 ＞200：이상지락시 과전류 보호를 할 때

잔류전류

-. 철심을 개재시킨 1차 도체와 2차 권선 사이의 전자적 결합의 불균일로 발생

-. 잔류전류 한도

정격 1차 전류 잔 류 전 류 의 한 도

400[A] 이상 영상 1차 전류 100[mA]에서 영상 2차 전류치

400[A] 이하 영상 1차 전류 100[mA]에서 영상 2차 전류 80[%]

-. 1차 도체, 철심, 2차 권선을 기하학적 대칭으로 상호배치.

정격 1차 전류가 큰 영상변류기 사용. → 잔류전류 감소

영상변류기 설치시 유의사항

-. CT와 마찬가지로 감극성이며, 단자 부호도 CT와 같다.

-. 원칙적으로 1회로에 1대 사용, 2차측은 서로 접속하지 않는다.


-. ZCT 2차측은 CT처럼 배전반 내에서 접지

-. ZCT 1차측(전원측)에서 Cable 시이즈 접지시：ZCT 관통하여 접지

ZCT 2차측(부하측)에서 Cable 시이즈 접지시：ZCT 관통하지 않고 접지

-. 선로길이가 길 경우(300m 이상) 양단접지를 하고 짧은 경우 편단접지를 한다.

영상전류 검출법

영상전류 검출법에는 비접지계통과 저항접지․직접접지․다중접지 계통의 영상전류

검출법이 다르다.

1) 비접지 계통의 영상전류 검출법

ZCT를 통하여 검출하며, ZCT의 정격은 200/1.5로 정해져 있다.

ZCT에 흐르는 전류 ：

2) 저항접지․직접접지․다중접지 계통의 영상전류 검출법

Y결선의 CT 잔류회로 이용법


∵

-. 1개소에서 접지(배전반 측에서 계전기 1차측에 접지)

-. 저항접지 계통에서는 CT비 300/5 이하에서 사용

3권선 CT이용법

-. CT비가 400/5 이상인 계통(저항 접지)에서 사용

-. 2차 권선은 Y결선으로 하되 잔류회로를 만들지 않음(1개소 접지)

-. 3차 권선은 Δ결선

-. 1차와 2차의 변류비는 n：5인데 비하여 1차와 3차의 변류비는 정격전류에 관계없이

100：5(n=20)로 일정

-. 2차 권선은 정상분, 역상분을 검출하고, 3차 권선은 영상분을 검출

-. 3차 회로의 영상전류

×

보통 1차는 1 Turn 3차는 30 Turn이므로 1차 정격 전류의 1/60이 3차에 나타남

중성선 CT에 의한 검출방법,


-. 보조 CT를 이용한 검출방법이 있다.

영상전압 검출방법

-. 3상 접지형 계기용 변압기(GPT)이용

-. 단상 PT 이용 -단상 PT 3대를 1차 Y, 2차 Open -△ 접속

-. 중성점 접지변압기 이용- 발전기 중성점에서 영상전압 검출

-. 보조 PT 이용- 3상 PT에 3차 권선이 없을 때 보조 PT를 이용

비접지 배전계통에서 유효 지락전류 검출방법

-. GPT 접지방식

-. 접지콘덴서 방식

GPT(접지형 계기용 변압기)와 CLR

GPT(Ground Potential Transformer) 구조 및 정격전압

-. 1차 권선 Y 결선, 2차 권선 Y결선 3차 전선 Open Delta결선,

-. 정격 2차 전압 110[V] 정격 3차 전압 110/3[V] 또는 190/3[V]

-. 지락발생시 3차 전압：110[V] 또는 190[V]

GPT 결선도


：전류제한 저항기(CLR)

：1차 영상 유효분 전류

：CLR 전류

：1차 상전압

：3차 상전압

전류제한저항기(CLR)

-. 비접지방식에서 GPT를 사용하여 SGR를 동작시키는데 필요한 유효전류를

발생시키며

-. Open Delta 결선의 제3고조파 전압발생을 방지하여 중성점 이상 전위 진동 중성점

불인정 현상 등의 이상 현상을 제거

-. GPT의 Open Delta 측에 접속한다.

-. 3.3[kV]계통 50[Ω] 1[kW], 6.6[kV]계통 25[Ω] 2[kW], 22.9[kV] 계통에서는 8[Ω]을

적용한다(3차 영상 전압 190V 일 때)

GPT의 적용

① 지락상 Lamp - 1선지락시 지락상 Lamp는 꺼지고 건전상은 밝아짐

② GPT+OVGR：영상전압에 의한 경보 또는 차단기 Trip

③ GPT+OVGR+ZCT→SGR, DGR에 의한 선택차단


④ 비접지계통의 GPT 접지

콘덴서형 계기용 변압기(CPT)

CPT 원리

66[kV] 이상 고전압을 권선형 PT로 측정할 경우 대형이 되며 고가가 된다.

콘덴서를 조합하여 고전압을 분압하고, 분압된 전압을 PT를 이용하여 2차, 3차 전압을

얻는다.

L과 C1+C2을 공진시켜 오차를 최소화 한다.

CPT 종류

결합콘덴서형：

주콘덴서에 결합콘덴서를 사용한 것. 변성특성이 뛰어난다.

부싱형：

큰 2차 전압을 얻을 수 있으나 특성이 좋지 못하고 비경제적이다.

공진리액터 접속 위치에 따라

-. 1차 리액터형

-. 2차 리액터형

-. 누설변압기 형이 있다.


접지형 계기용 변압기(G.P.T : Ground Potential Transformer)

-. 고압의 가공선계통 및 소규모의 케이블 계통에는 비접지방식이 사용되며, 고압의

대규모 케이블계통에는 10 ~ 30[A]의 고저형 접지방식이, 특별고압계통에는 50 ~

100[A]의 지지형 접지방식이 많이 채용된다.

-. 비접지방식은 접지형 변압기에 의한 접지 이외에는 따로 계통의 중성점을 접지하지

않는 방식이다.

-. 영상전압의 검출 계통의 영상전압을 검출하는 데는 3상 접지형 계기용 변압기 또는

단상의 계기용 변압기 3대를 사용.

3상 접지형 계기용 변압기

-. 그림과와 같이 1차 권선은 Y 결선으로 접속하고 그 중성점을 접지한다.

-. 2차측은 Y로 접속되어 정상전압을 빼내고,

-. 3차 권선은 오픈델타(블로우큰델타)로 접속되어 영상전압을 빼낸다.

-. 정격 3차 전압은 110/3[V] 또는 190/3[V]이고,

-. 완전 1선 지락시에 오픈 델타의 개방단자에 나타나는 정격영상 3차 전압은 110[V]

또는 190[V]이다.

접지형 계기용변압기에 의한 영상전압

단상의 계기용 변압기


-. 3대를 1차측으로 Y접속으로 해서 그 중성점을 접지하고,

2차측을 오픈 델타 접속한다. 얻어지는 영상 3차 전압은 190[V]이다.

-. 보통 접지용 변압기의 3차측에는 영상출력단자에

보호계전기, 영상전압계, 전류제한 저항기를 접속하는 외에

각 상 단자에 지락상 램프를 접속할 수 있다.

단상계기용 변압기에 의한 영상전압

접지형 계기용 변압기 3차측 접속예

전류제한 저항기(CLR : Current Limit Resister)

CLR의 사용목적 :

-. 비접지방식에서 GPT를 사용하여 SGR를 작동시키는 데 필요한 유효전류를

발생시키고 오픈델타 결선의 각 상 전압 중의 제 3고조파전압의 발생을 방지하여

중성점 이상 전위 진동, 중성점 불안정현상 등의 이상현상을 제거하는데 사용한다.전원설비 강의 080918.hwp 118

CLR의 설치방법 ;

-. GPT의 오픈델타(open delta) 측에 접속한다.

전류제한 저항기

접지형 계기용 변압기와 전류제한 저항기의 설치방법

전류제한 저항기의 용량산출 :

R =

× ×

E는 1차 선간전압, 는 고장전류, n은 GPT의 턴 비율, R은 제한 저항값

-. 영상전압은

×

은 영상전압, 즉, 전류제한 저항기를 50[Ω]을 사용해야만 고장 전류를

380[mA]으로 사용할 수 있다.

지락상 표시전구 :

-. 정격영상 3차 전압이 190[V]일 때에는 110[V] 정격의 투명전구를 3개 사용한다.


-. 평상시 상태에서는 전구에 63.5[V]의 전압이 가해져 있으므로 필라멘트만이 빛을

낸다.

-. 1선 지락시에는 지락상의 전압이 낮아져 전구는 꺼진다.

-. 다른 건전상의 전압은 높아져 전구는 밝아지므로 지락상을 쉽게 구분할 수 있다.

표시전구의 접속방법

수 ․ 변전설비의 보호계전 시스템

보호계전 시스템이란

-. 전력계통, 전기기기의 이상상태를 조속히 제거함으로써

-. 사람의 안전, 설비의 손상방지, 2차 재해의 방지를 꾀하는 동시에 다른 전력계통의

이상의 파급을 막고 전력공급의 안전과 신뢰도의 향상을 도모하기 위해서 설치된

보호계전기를 중심으로 한 시스템이다.

필요성

- 계통에 사고가 발생할 경우 보호대상물을 완벽하게 보호하고 각종 기기에 주는

손상을 최소가 되도록 한다.

- 사고구간을 선택하여 고속도로 차단하여 파급을 최소화한다.

- 불필요한 정전사고를 미연에 방지하여 전력계통의 안정도를 향상

보호계전 시스템의 기능

정확성 :

-. 신뢰도가 정확한 동작상태로 오작동이 발생하지 않아야 한다.전원설비 강의 080918.hwp 120

신속성 :

-. 정해진 조건에 만족할 경우 신속하게 동작하는 기능이 있어야 한다.

선택성 :

-. 고장구간의 선택차단 및 복구로 정전구간을 최소화할 수 있는 기능이 있어야 한다.

기타 :

-. 취급이 간단하고 보수가 용이할 것,

-. 주위 환경변화에 대하여 동작성능의 영향을 적게 받는 기능일 것,

-. 정전변경 및 계통의 변경에 대해서도 신속하게 대처할 수 있는 기능일 것,

-. 가격이 저렴하고 경제적일 것 등이 있다.

-. 상호간에 공통점과 비공통점을 아울러 지니고 있어

실제 적용에 있어서는 보호 목적인 기능의 밸런스가 중요하게 된다.

보호계전 시스템의 구성

보호시스템의 구성

검출부 :

-. 변류기(CT, ZCT)나 계기용 변압기(PT, GPT) 등이 있으며 주회로의 전압, 전류를

검출하여 판정부의 계전기가 적당한 값으로 변성한다.

판정부 :

-. 보호계전기가 주로 사용되며 검출부에서의 전압, 전류 등의 신호를 받아 그 크기,

시간적 변화, 상호간의 위치관계 등으로써 사고의 유무와 동작의 유무를 판정하여

동작부에 신호를 보낸다.


동작부 :

-. 차단기(circuit breaker)가 주로 사용되며, 판정부의 신호를 받아서 전로를 차단하고

사고부분을 분리시킨다.

기중 차단기(ACB), 배선용 차단기(MCCB), 전력용 퓨즈(PF) 등은 검출부, 판정부,

동작부 기능을 겸하고 있다고 할 수 있다.

보호 계전기의 계전방식을 적용 고려사항

1. 대상설비의 중요도

2. 설비의 위치

3. 계통적인 관계를 고려하여 상호협조

전체적인 시스템의 보호협조 체제가 조화를 이루어져야 한다.

적용의 원칙

사고범위의 국한과 공급의 확보(선택성) :

-. 사고발생시 설비의 손상도를 줄이고 계통의 안정도를 해치지 않도록 그 영향을

최소한으로 막기 위해 사고구간을 신속하게 선택, 차단하고 다른 건전한 부분의

운전유지를 확보할 수 있어야 한다.

보호의 협조와 중첩(신뢰성) :

-. 전기설비의 인접구간의 보호방식과 협조하여 무보호구간이 없도록 하고 보호구간의

사고에 대하여서는 오동작하지 않도록 충분한 신뢰성을 가져야 한다.

후비보호기능의 구비(후비성) :

-. 주보호기능과 후비보호기능을 구비하고 사고구간의 계전기, 차단기 등이 불량하여

만일 부동작할 경우는 타 보호장치 또는 타 구간의 계전기를 사고를 제거할 수

있어야 한다.

재폐로에 의한 계통 및 공급의 안정화(안정성) :

-. 주계통의 안정도 향상을 도모하기 위하여 고속도, 재폐로를 행하고 일반 부하선정은

정전시간의 감소와 자동복구를 위해 저속도 재폐로를 필요에 따라 실시할 수 있어야

한다.전원설비 강의 080918.hwp 122

수 ․ 변전 설비보호 계전기 사용기준

보호계전기의 사용개소

디지털 계전기

동작원리 :

- 입력되는 전기량을 디지털량으로 변환시켜 설정된 규정값과 비교하여 CPU의

프로그램에 의해 동작여부를 판정하여 외부에 출력한다.

구성 :

- 연산형 디지털 릴레이의 기본적인 하드웨어 구성은

전압, 전류 등 아날로그량을 샘플링해서 디지털치로 변환하는 입력부,

보호동작을 실행하는 연산처리부,

차단기 등 외부에 신호를 전달하는 출력부,

보호 계전기의 정정치를 정정하는 정정부 등으로 구성


연산형 디지털 계전기의 기본

디지털 보호계전기의 종류 :

- 연산형,

- 간이구성형,

- 계수형,

- scanner 형

디지털 보호계전기의 종류

종 류 개요

회로구성

적용 계전기형A/D

변환기

마이크로

프로세서

연산형 - 입력량을 주기적으로 샘플링하여

양자화된 디지털량으로 변환 후

프로그램에 의거 연산 처리

통상

12BIT

통상

16비트

- 송전선 또는 기기보호용의

주계전기로 사용(차동계전기 또는

거리계전기 등)

간이

구성형

- 기본적으로는 연산형과

동일구성이나 회로간소화 또는

bit수의 삭감 등으로 비교적

간단한 계전기를 적용대상으로

통상

8 BIT

통상

8 BIT

감시용으로 사용되는 계전기

(과전류 또는 거리계전기)

계수형 - 입력량을 디지털량으로 변환

계수처리

주파수 계전기

SCANNER

형

- 마이크로프로세서에 의해

계전기입력과 정정치를 동기시켜

절체하고 입력치와 설정치를

아날로그량으로 비교, 판정하여

동작

감시용으로 사용되는 과전류계전기

또는 부족전압계전기


디지털 보호계전기의 특징상 장 ․ 단점 :

장 점

․ 고성능, 고기능의 특성 실현 및 신기능 창출이 가능

․ 배치의 소형화, 축소화

․ 고신뢰도

․ 융통성 (보호방식 변경가능)

․ 하드웨어의 표준화 기능

․ 변성기에 저부담

․ 경제성

․ 장래성

단 점

․ 서지 및 노이즈 대책이 필요

․ 부품의 진부화에 따른 사용기간의 단축

․ 하드웨어의 단일 축소화 및 종합구성에 따른 보호기능 상실확대 우려

․ 유지 보수상의 문제점

정지형 보호계전기

동작원리 :

- 반도체 소자, 저항기, 콘덴서 등을 사용한 전자회로로 구성되며

- PT, CT의 2차 전류 ․ 전압을 입력으로 그것의 크기, 위상차를 검출하는 회로로 검출

→ 판정 → 출력을 하게 된다.


정지형계전기의 회로

종류

가). 정류형 계전기 :

- 입력 대소를 판정하는 계전기

나). 정류형 단입력 계전기 :

- 전압이나 전류만의 입력으로 판정, 과전압, 과전류, 부족전압 계전기에 적용한다.

다). 정류형 복입력 계전기 :

- 전압과 전류의 상호연관으로 판정, 판정회로는 단입력 계전기와 같다.

라). 위상 검출형 계전기 :

- 둘 또는 그 이상되는 전기량의 위상차를 검출해서 작동 판정하여 방향 계전기, 거리

계전기에 적용한다.

특징

- switching이 고속이다.

- 고장전류에 의한 고조파의 영향, surge에 대한 별도의 대책이 필요하다.

- 온도의 영향을 받기 쉽다.

- 반한시성을 가진 계전기로는 사용이 불가능하다(조합하여 사용).

동작시간에 의한 분류

순한시 계전기 :


- . 설정된 최소 동작전류 이상의 전류가 흐르면 즉시 동작하는 것으로서 한도를 넘은

양과는 아무 관계가 없다.

정한시 계전기 :

- . 설정된 값 이상의 전류가 흘렀을 때 동작전류의 크기와는 아무 관계없이 항상

정해진 일정한 시간에서 동작하는 것을 말한다.

반한시 계전기 :

- . 동작시간이 가령 전류값에 반비례한다든가 해서 전류값이 클수록 빨리 동작하고

반대로 전류값이 작을수록 느리게 동작하는 것을 말한다.

반한정시(반한시+정한시) :

- . 입력치의 어느 범위까지는 반한시 특성을 가지고 그 이상이 되면 정한시가 되는

특성을 가지는 것을 말한다.

단한시 계전기 :

- . 송전선의 주보호구간에 고장이 발생했을 때는 순시동작을 하고 외부의 고장에 대한

후비보호에는 어떤 시한을 가지고 동작되는 특성을 가지는 것을 말한다.

보호계전기의 동작시한별 분류


1) 한시(고속도) 2) 정한시

3) 반한시 4) 반정한시 5) 단한시

주보호와 후비보호

1. 주보호

-. 주보호는 보호의 제1선이고 전력계통의 구분별로

설치되어 사고 발생시에 사고지점에서 가장 가까운

위치에서 가장 빨리 동작해서 사고부분을 필요

최소한으로 분리한다.

2. 후비보호

-. 후비보호는 주보호가 오동작, 부동작했을 때 백업하여

사고의 파급과 손실을 최대한 막는 역할을 한다.

구간보호방식


-. 단락 및 지락보호에 있어서 가장 확실한 선택성을 얻는

방식

-. 보호구간의 양단에 차단기와 변류기를 설치하고 양

변류기의 전류를 직접 또는 표본량으로 검출하여

보호구간 내부의 사고를 확실하고 고속도로 검출

제거하는 보호협조방식

- 차동계전방식 (변압기 내부보호 등)

- 거리 계전방식 : 장거리 송전선로의 구간보호에 채용

- pilot 계전방식 : 중 ․ 단거리 송전선로, 배전선로에

채용

한시차보호방식(선택계전방식)

-. 계전기의 시간차로 사고구간을 구별하는 방식

-. 전원으로부터 부하에 이르기까지의 사이에 직결로 설치된

보호장치 상호간에 적당한 동작시간을 주어, 각 보호장치의

동작시간을 전원측으로부터 부하측으로 향하여 단계적으로

조금씩 짧게 설정하여 사고회로만을 선택차단하는 방식

-. 일반적으로 한시차보호방식을 행할 경우 인접하는

과전류계전기의 동작시간차 T는 5사이클 차단기를

사용하면 0.2 ~ 0.3초 정도로 하는 것이 바람직하다.

정지형 보호계전기의 종류

-. 트랜지스터형, 전자빔형, 자기증폭기형, 홀효과형이 있으며 트랜지스터형이 많이

사용되고 있다.


NPN 트랜지스터형 계전기

정지형 보호계전기의 특징

㉠ Switching이 고속이다.

㉡ 고장 전류에 의한 고조파의 영향, Surge에 대한 별도의 대책 필요

㉢ 온도의 영향을 받기 쉽다.

㉣ 반한시성을 가진 계전기로는 사용불가(조합하여 사용)

보호계전기의 종류

1. 과전류 계전기(OCR)

-. 수전단에 가장 많이 채용하는 계전기로 CT에서 검출된 과전류에 의하여 동작

2. 과전압 계전기(OVR)

-. 배전선로에서 이상전압이나 과전압 내습시 PT에서 검출된 과전압에 의하여 동작

3. 부족전압 계전기(UVR)

-. 배전선로에서 순간정전이나 단락사고 등에 의하여 전압강하시 PT에서 이상

저전압을 검출하여 동작

4. 전력계전기(PR)

-. 전력 무효전력, 역전력을 검출하여 동작

5. 접지계전기(GR)

-. 배전선로에서 접지고장에 대하여 보호동작을 하는 것으로 영상전압과

대지충전전류에 의하여 동작

6. 방향성 선택접지 계전기(SGR)


-. 비접지 선로에서 OCR과 조합하여 지락에 의한 고장 전류를 GPT와 ZCT 등을 이용,

검출하여 한 방향으로 만(선로 → 대지) 동작하도록 한 접지계전기

7. 비율차동계전기(Differential Relay：Diff. R)

-. 변압기나 조상기의 내부고장시 1차와 2차의 전류비 차이로 동작하는 계전기로

7,000[kVA] 이상의 대용량 변압기에 채용

a) 접속도

b) 동작도

비율차동계전기의 동작 특성

보호계전기 발전과정

① 전자(電磁)형계전기

-. 차단기가 개발된 초기에는 선로에 전자석 코일을 직렬로 연결하여 고장전류가 흐를

때 끌어올려 차단기를 트립시키는 방식에서 전자기계형(電磁형)으로 발전된다.

② 정지형계전기(Static Type)

-. 산업의 발전과 고도화, 전력기기의 대형화, 계통의 복잡화 등으로 전자형계전기

적용에는 한계 도달


-. 1960년대 이후 다양한 소자 및 IC개발로 다양한 계전기가 개발되어 왔고, 현재는

정지형계전기가 많이 사용되고 있다.

③ 디지털계전기(Digital Type)

-. 1970년대까지는 대체로 전자형계전기와 정지형계전기로 대별되어 사용

-. 1980년대 들어서 계통의 보호, 제어, 계측의 기능이 복합화 되면서 아날로그형과

디지털형으로 대별되어 사용된다.

정지형계전기(Static Type)

기본구성 및 동작원리

① 정지형계전기는 반도체 소자, 저항기, 콘덴서 등을 사용한 전자회로로 구성되며, PT,

CT의 2차 전로, 전압을 입력으로 그것의 크기, 위상차를 검출회로로 검출→ 판정→

출력을 하게 된다.

② 정지형계전기의 회로 구성

정지형계전기 특성

① 소비전력이 매우 적다

② 스위칭이 고속도이다.

③ 온도의 영향을 받는다.

④ 고조파, 서지, 노이즈에 대한 대책이 필요하다.

⑤ 진동, 충격에 강하므로 내진설계에 적당하다.


⑥ 소형 Compact하여 Rack에 설치가 가능하다.

기본구성 및 동작 원리

① 입력되는 전기량을 디지털량으로 변환시켜, 설정된 규정값과 비교하여 CPU의

프로그램에 의해 동작여부를 판정하여 외부에 출력한다.

② 디지털계전기 회로 구성

디지털계전기 종류

① 연산형계전기：

입력량을 주기적으로 샘플링하여 양자화된 디지털량으로 변환후 프로그램에 의해

연산처리(차동, 거리계전기)

② 간이구성연산형：

연산형과 동일, 회로를 간소화(과전류, 부족전압 계전기)

③ 계수형：

입력량을 디지털화하여 계수처리(주파수 계전기)

④ Scanner형：

CPU로 입력과 정정치를 동기절체하여 아날로그량으로 비교 판정(과전류,

부족전압계전기)

디지털계전기 특성

① Software에 따라 다양한 보호 방식을 구성할 수 있다.(고기능 다기능화)


② 소형 Compact하고 신뢰성이 높다.

③ 자기진단기능, Computer 연결기능 등이 있어 융통성이 크다.

④ 소비전력이 적고 CT, PT의 부담도 줄일 수 있다.

⑤ 고조파, 서지, 노이즈에 대한 대책이 필요하다.

보호계전기의 특성

원 리 특 성 적 용 기타 유의사항

OCR ․ CT2차측에 접속

․ 전류가 정정치를 초과할 때 동작

․ 반한시

․ 정한시

․ 순시요소부 반한시

․ 과부하 보호

․ 단락 보호

․ CT, Relay 결선

․ Relay Type 확인

OVR ․ PT2차 전압에 의한 정정치 이상 동작

․ 반한정시 ․ 과전압 보호

․ 콘덴서 보호

-

GR ․ 영상전류가 정격 감도전류 이상 동작

․ 정격감도전류-시간 특성

․ 선로지락 보호 ․ 전원측 지락사고 시 오동작

SGR ․ GPT와 ZCT에 의한 방향과 위상을 판별 동작

․ 전압-전류 특성

․ 동작시간-전류 특성

․ 위상전류 특성

․ 지락사고선로 선택차단

․ 구간 보호

․ 소세력으로 동작

․ 진동충격에 유의

RDR ․ 유입, 유출전류차로서 정정치 이상일 때 동작

․ 최소동작전류

․ 고조파억제 특성

․ 동작시간 특성

․ 변압기 보호

․ 모선 보호

․ 구간 보호

․ CT접속, 극성, 상회전, 접지 확인

․ 전류의 크기

비율차동계전기(Ratio Differential Relay：RDR)에 대하여

보호구간에 유입하는 전류와 유출하는 전류의 벡터차와 출입하는 전류와의 관계비로

동작하며, 변압기 보호, 모선보호 등에 사용된다. (발전기보호：차동계전기)

원 리


① 차동계전기：그림에서 차전류

․ 내부 사고시 ≠ 이 되며 많은 차전류가 동작

․ 내부 고장이 아니더라도 CT특성차 및 과도돌입전류에 의한 차전류로 계전기 오동작

② 비율차동계전기

․ 2권선용, 3권선용 비율차동계전기로 구분

․ 내부고장이 아니더라도 CT특성차 및 과도돌입전류에 의한 차전류로 계전기 오동작

구성：

-. 전류차동 요소, 고조파 억제 요소, 과전류 트립순시 요소, 보조 접속기, 동작 표시기,

보상 탭

특 성

① 최초 동작전류：

일반적으로 전류탭 값의 30[%]에서 동작토록 설정

② 고조파 억제특성：

고조파, 여자돌입전류에 의한 오동작 억제

③ 동작시간 특성：

주요소 동작시간은 주로 검출회로에서 지연되므로 거의 일정.

순시 요소는 탭전류치의 1,000[%]에서 1,500[%]이면 순간적 동작

비율차동계전기의 적용과 설계시 주의사항

① 변압기의 접속과 CT, 계전기의 접속

Y-Y→ △-△, △-△→ Y-Y, △-Y→Y-△, Y-△→△-Y

② 전류의 크기를 같게 한다.

정합용 Tap, 정합용 보조 CT사용

③ CT 회로의 접지확인


비율차동계전기의 CT 회로는 반드시 1점에 접지되어 있어야 한다.(오동작 방지목적)

④ CT의 극성확인

극성 연결이 잘못되면 오동작

지락사고 검출

지락사고를 검출하는 방법에는 전류검출(영상전류) 전압검출(영상전압) 방법이 있다.

영상전류 검출방법

① CT Y결선의 잔류회로 이용

② 3차 영상분로 접속

③ 영상변류기(ZCT) 이용

④ 중성점 CT 이용

영상전압 검출방법

① 3상 GPT 이용

② 단상 GPT 이용

③ 중성점 접지변압기 이용(발전기 중성점)

④ 보조 PT 이용

지락계전기의 종류

비방향성 지락계전기와 방향성 지락계전기로 구분된다.

비방향성 지락계전기：

OCGR(Y회로 잔류회로이용, 3차 영상분로 접속이용)

OVGR(영상전압 이용)

GR(ZCT, PT이용)

방향성 지락계전기：전원설비 강의 080918.hwp 136

DGR(영상전압, 영상전류에 의해 위상판별 동작) SGR(영상전압, 영상전류에 의해

위상판별 동작) 방향성 지락계전기는 소세력으로 작동하므로 충격, 진동에 의해

오동작 가능성이 많아 차단기의 Trip시에는 OVGR을 병용하면 차단기 오동작 트립을

막을 수 있다.

수변전설비의 지락차단

1) 고압수용가의 지락계전 장치에는 지락계전기 시한 협조와 지락전류 협조가 필요하다.

2) 지락계전장치의 감도전류는 200[mA], 400[mA], 600[mA]의 3점절체가 규정되어

있고(JIS C4601) 감도가 적은 쪽이 광범위하게 보호되지만 오동작의 가능성은

커진다.(일반적으로 고압수용가 설비에서는 200mA가 타당)

3) 동작 시간은 정격감도전류×130[%] → 0.1∼0.3[sec] 정격감도전류×400[%] →

0.1∼0.4[sec]이며 5 Cycle 차단 시간의 차단기와 결합시 0.38∼0.4[sec]가 된다. 한편

배전용 변전소의 동작 시간은 0.5∼4초이므로 보호 협조상 문제는 없다.

고압수용가 지락차단장치의 대지간 정전용량에 의한 오동작

수용가 구내의 고압 Cable이 길고 대지간 정전 용량이 크면 전원측의 사고에서도

GR이 오동작을 하게 된다. 따라서 오동작 발생시에는 200[mA] Tap에서 400[mA]

Tap으로 변경하거나 방향성 지락계전기를 적용하면 된다.

지락보호 협조

지락보호 협조는 감도전류와 동작시한 요소에 의해 동작 협조를 취하고 보호 협조를

가능케 한다. 고압수전 설비 지락보호 협조는 과전류 보호 협조와 마찬가지로 한전의

배전용 차단기와 시한 협조 및 전류 협조가 필요하다.

보호방식 분류

1) 주 보호와 후비 보호

① 주 보호는 보호의 제1선이고 전력계통의 구분별로 설치되어 사고 발생시에

사고지점에서 가장 가까운 위치에서 가장 빨리 동작해서 사고 부분을 필요


최소한으로 분리한다.

② 후비 보호는 주 보호가 오동작, 부동작 했을 때 백업하여 사고의 파급과 손실을

최대한 막는 작용을 한다.

2) 구간 보호방식

① 단락 및 지락 보호에 있어서 가장 확실한 선택성을 얻는 방식

② 보호 구간의 양단에 차단기와 변류기를 설치하고 양 변류기의 전류를 직접 또는

표본량으로 검출하여 보호 구간 내부의 사고를 확실하고 고속도로 검출 제거하는

보호 협조 방식이다.

㉠ 차동계전 방식(변압 내부 보호등)

㉡ 거리계전 방식：장거리 송전선로의 구간 보호에 채용

㉢ Pilot계전 방식：중, 단거리 송전선로 배전선로에 채용

3) 한시차 보호방식(선택계전 방식)

① 계전기의 시간차로 사고 구간을 구별하는 방식

② 전원으로부터 부하에 이르기까지의 사이에 설치된 보호 장치 상호간에 적당한 동작

시간을 주어, 각 보호 장치의 동작 시간을 전원측으로부터 부하측으로 향하여

단계적으로 조금씩 짧게 시간을 설정하여 사고 회로만을 선택 차단하는 방식

③ 일반적으로 한시차 보호 방식을 행할 경우 인접하는 과전류 계전기의 동작 시간차t는

5 Cycle 차단기를 사용하면 0.2∼0.3초 정도로 하는 것이 바람직하다.


특별고압 변압기의 보호장치

용량냉각방식 보호장치 자동차단 경보 비 고

뱅크용량 5,000[kVA]이상 10,000[kVA]미만

과 전 류 ○

내부고장 ○

온도이상상승 ∙상시감시를 하지 않는 변전소에 있어서는 3,000[kVA]를 초과하는 것에 설치한다

∙다이얼 온도계 등에 의함

뱅크용량 10,000[kVA]이상

과 전 류 ○

내부고장 ○

온도이상상승 ○ ∙다이얼 온도계 등에 의함

송유풍냉식, 송유자냉식

오일펌프 정지

송유기 정지

○ ∙온도이상상승 보호가 있는 경우는 생략할 수 있다.

수냉식 냉각수 단수 ○

주) ○ 표시는 의무규정이다.

변압기 차동 보호：

-. 변압기 내부 고장의 전기적 보호 방식으로 비율 차동계전기를 사용변압기 1차

2차측에 설치된 CT를 차동 접속하여 사고시의 차동 전류를 검출하여 보호

변압기의 과전류 보호


① 일반적으로 3,000[kVA] 미만의 변압기 보호 및 비율 차동보호의 후비 보호로써

변압기 1차측에 순시 요소가 붙은 반한시 특성의 과전류 계전기 설치

② 내부 단락사고에는 순시 요소가 신속하게 동작하나 부하측 단락전류 또는

여자돌입전류에는 순시 요소가 동작하지 않도록 정정한다. (변압기 2차측 단락전류의

1차측 값에 대해 1.5배 또는 정격 1차 전류의 10배 값으로 정정)

③ 변압기 과부하 보호는 변압기 권선의 과열을 방지하는 것으로 다이얼 온도계, 접점

등의 보호 장치에 의존하는 것이 가장 좋으며, 과전류계전기는 부하전류의 크기에

의한 권선의 온도 상승을 상정하는 것으로 변압기의 열특성과 일치하지 않으므로

좋은 방법은 아니나 일반적으로 이 방식이 많이 쓰이고 있다.

변압기의 지락 보호

① 수전변압기의 지락 보호는 수전점의 지락과전류계전기가 맡게 된다.

② 뱅크가 많을 땐 뱅크마다 지락과전류계전기를 설치할 수 있지만 수전점과의

보호협조 때문에 한전과 협의가 필요

기계적 보호계전기

① 가스검출계전기

② 부흐홀츠계전기

③ 충격가스압계전기

④ 충격유압계전기

⑤ 방압장치 접점

콘덴서 보호 방식

-. 내부 고장시 또는 계통 이상시 콘덴서 개방

① 내부 고장에 대한 보호 방식


㉠ 과전류 검출 방식} 고압 회로용 콘덴서 보호

㉡ 콘덴서 내압 검출 방식

㉢ 차전압 검출 방식} 특별 고압 회로용 콘덴서 보호

㉣ 중성점 전위 검출 방식

(d) 중성점 검출 방식

② 콘덴서 과부하 보호(계통 이상시 콘덴서 개방)

㉠ 콘덴서 자체 허용 전압 {

고압용：110[%](24시간 평균)

115[%](단시간 최고)

특고용：110[%]

㉡ 5조파용 직렬리액터 설치시：콘덴서 단자전압 106[%]

3조파용 직렬리액터 설치시：콘덴서 단자전압 115[%]

㉢ 따라서 콘덴서 설치한 계통의 부하가 야간에 경부하가 되어 진상역률이 되면


변압기의 리액턴스분의 전압이 상승하므로 콘덴서를 개방해야 함.

㉣ 모선의 PT에 유도원판형 과전압계전기 접속, 계통정격 전압의 115∼120[%] 일 때

콘덴서 회로 개방

저압회로의 단락 보호

① 최근 공장설비, 건축전기설비의 규모 증대에 따라, 저압계통의 용량도 증가하여,

전압도 380/220[V], 440[V]로 높아지고 있다.

② 저압회로의 단락사고는 3상 단락, 2상 단락이 많은데, 2상 단락 전류는 3상

단락전류의 86.6[%] ( 3/2)이다.

③ 과거에 비하여 계통용량이 커진 현재에는 충분한 차단용량을 가진 차단기를

선정하여야 한다.

저압회로의 단락 보호기

-. 검출부, 판정부, 동작부가 별도로 되어 있는 고압회로 보호와는 달리, 보호기능이

일체화 되어 있는 저압 보호기로는 기중차단기(ACB), 배선용차단기(MCB), 저압Fuse,

전자개폐기 등이 있다.

기중차단기(Air Circuit Breaker：ACB)

㉠ 교류저압, 직류차단기로 사용되며, 공기중의 자연소호를 이용

㉡ 설치방법에 따라, 고정형, 인출형, 수동 또는 전동기 조작방식

㉢ 정격차단용량[kA]：단락 발생후 1/2 사이클 동안의 단락전류를 기준으로 한

정격차단전류(대칭전류 실효값)[kA]로 표시

㉣ 과부하 트립 장치：

순시, 단한시, 장한시의 3가지 동작 시한을 가지며 보호대상에 따라

이것을 조합하여 사용

㉤ 순시 트립 장치(단락보호)：

주회로에 직렬로 접속된 과전류 트립코일에 의한 전자식 트립 장치로

되어 있으며, 정격차단시간은 0.03∼0.05초로써 MCB보다 길다.전원설비 강의 080918.hwp 142

배선용 차단기(Molded Case Circuit Breaker：MCB)

㉠ 소호장치, 트립기구 등이 전부 절연물 용기내에 수납되며, 수동조작 방식이고,

전로의 단락 보호용으로 주로 사용

㉡ 차단 용량[kA]：KS C 8321에서 각 극마다 0-2분-CO 동작책무로 1회 또는 3상

교류에서 1회 차단 가능한 값으로 규정

㉢ 트립 기구

-. 과부하 보호용：열동식, 전자식 시연트립, 열동전지식 시연트립장치 사용

-. 단락 보호용：전자식 트립장치 사용

㉣ 한류형 배선용 차단기

-. 사고전류 통과시 고정 접촉자와 가동 접촉자간의 전자반발력으로 한류 효과 크다.

-. 사고전류의 파고값이 억제되고 한류효과가 커서 큰 차단 용량을 갖는다.

저압용 Fuse

㉠ Fuse의 한류 특성과 용단 특성을 이용하여 전로의 단락 보호

㉡ 차단용량이 작은 보호기의 후비 보호 및 말단 부하 보호에 적합

㉢ Fuse 적용상 주의점

∙결상의 가능성

∙조정불가

∙반복 사용불가

∙과전압 발생 위험

∙온도의 영향

∙고속도 차단

전자개폐기(Magnetic Contactor：MC)

㉠ 차단 접촉기와 열동계전기 또는 EOCR를 조합하여 사용

㉡ 용량[kW]：적용하는 전동기 용량[kW], 부하 용량[kW]로 표시


㉢ 부하의 빈번한 개폐 및 과부하 보호용이며

단락사고시 후비보호로는 MCB 또는 Fuse에 의해 보호되어야 한다.

과부하 보호의 조정

배전선：회로의 합계 부하전류의 110∼125[%], 전동기 부하 포함시 동시 기동하는

최대 전동기군을 뺀 부하전류합계의 125[%]에 기동 최대 전동기의 전류를 더한 값

전동기： 기동 전류를 피해서 전동기 정격 전류의 120∼160[%]에 조정

발전기： 과부하 내량이 전부하 전류의 150[%]에서 1분간

따라서 전부하 전류의 125∼150[%]로 조정

변압기： 정격 전류의 150∼250[%]

저항부하：정격 전류의 150∼200[%]

저압회로 보호기의 선정 원칙

① 위험한 과전류에 대하여 보호

② 분기회로마다 보호

③ 소전류도 빨리 차단

④ 부하의 과전류에 의한 오동작 방지

⑤ 보호기의 온도 특성 고려

⑥ 직렬보호기기와 협조

⑦ 후비 보호를 구비

⑧ 변압기 1차 퓨즈와 협조할 것

저압회로의 지락 보호

-. 지락 보호의 목적은 감전 방지, 화재 방지, 전로기기의 손상 방지에 있다.

-. 지락 전류의 크기는 회로의 영상임피던스가 접지 방식의 구성에 따라 상이하므로

수[mA]∼수[kA] 범위로 분포.

-. 감전 방지는 수[mA]이상, 화재 방지는 100[mA] 이상에 기준을 설정한다.


지락 보호 방식

보호접지 방식：

-. 감전 방지를 주목적, 기계기구외함, 배선용 금속관, 금속덕트 등을 저저항으로

접지함으로서 전로에 지락이 발생하였을 때 발생되는 접촉 전압을 허용값 이하로

억제하는 방식

E：저압 전로의 사용전압[V]

R2：제2종 접지저항[Ω]

V：지락점의 대지전압[V]

i ：지락전류[A]

r ：보호접지저항[Ω]

옆 그림에서

∙

∙

∴

∙

과전류 차단 방식：

-. 전로의 손상방지를 주목적, 지락과전류 보호기에 의해 지락보호, 저압간선, 발변전소

소내회로에 채용

누전 검출 방식：

-. 전로에 지락이 생겼을 때 발생하는 영상전압 또는 영상전류를 검출하여 차단

㉠ 전류 동작형：

영상변류기(ZCT)와 지락과전류계전기(OCGR)를 사용하여 지락을 검출

(가장 많이 사용)

㉡ 전압 동작형：


지락사고시 기기의 외함과 같이 전로에 속하지 않은 도전부와

기존대지간에 발생하는 고장 전압을 검출

㉢ 전압 전류 동작형：

PT와 CT, GPT와 ZCT 등으로 과전압계전기와 과전류계전기,

지락과전압계전기와 지락방향계전기 등을 사용하여 검출하는 방법

누전 경보 방식：

-. 지락 발생시 회로를 차단하는 것이 적당치 않은 회로의 보호 및 화재 경보에 많이

사용.

-. 전압동작형(보조접지 필요), 전류 동작형이 있으며 전류 동작형이 많이 사용

절연 변압기 방식：

-. 절연 변압기를 사용하여 보호 대상 전로를 비접지식 또는 단독의 중성점 접지식으로

하여 접촉 전압을 억제하는 것(수중 조명용 절연 변압기, 병원 수술실 접지)

저압회로의 지락차단장치에 대하여 실제 사용할 수 있는 방법

① 2차측을 Y결선하여 중성점 접지하고 ELB를 설치하는 방법

② 2차측을 △결선하여 GPT와 OVGR을 설치하는 방법(영상전압 검출 방식)


③ 2차측을 △결선하여 접지 콘덴서와 ELB를 설치하는 방법(영상전류 검출 방식)

주의) 접지콘덴서는 반드시 ELB 전단에 설치해야 한다.

전자화배전반

보호, 계측, 제어, 표시, 통신 기능이 일체화된 DIGITAL형 집중표시감시제어장치를

사용, 주회로를 제외한 모든 부분이 전자화됨으로

설비의 간소화 및 통합 감시 제어시스템의 신뢰성을 대폭 향상시킨 배전반

특징


설비의 간소화

1. 기존의 배전반의 각종 Panel Meter, 보호계전기류, 조작 및 절환Switch, 상태 및

고장 표시 Lamp 등을 1대의 장치에 집중화

2. 기존 배전반의 각 기기간 외부 배산이 필요 없이 유지보수

다양한 표시 기능

1. 전기계측 (V, A, W, VAR, WH, VARH, PF, F)의 표시

2. LED 또는 LCD를 이용, TRIP 요인의 상세 표시

3. 차단기의 ON/OFF 횟수, 운전시간 등의 표시

유연성

계통 전원의 상수와 선식, CT비, PT비의 자체 설정이 가능하여 모든 전원계통에 적용

가능

DATA 통신 기능

DIGITAL형 집중표시 감시제어장치에 표시되는 모든 data와 내부 설정 data를 별도의

통신 장치 없이 전송 가능하며 경제적으로 고기능, 고신뢰성의 감시제어시스템 구성

가능

통신구성도


시스템 구성도

전자화배전반의 시스템 구성도

집중제어표시장치의 기능 및 비교

집중표시제어장치의 종류

계측기능


표시 및 제어 기능

보호기능

통신 기능


전자화 배전반

-. 기존의 수배전반이 각종 보호계전기, Meter 류, Switch 류, 보조계전기 등을 이용하여

보호, 계측, 제어 등을 행하였으나 전자화 배전반은 CPU(마이크로프로세서)를

이용하여 모든 기능을 집약화하였고 아울러 고기능화, 고신뢰성, 다양화를 실현한

제품입니다.

기능

보호기능

OCR(Over Current Relay : 과전류 보호계전기)

- 순시, 반한시, 강반한시, 초반한시, 정한시의 5 개기능

OCGR(Over Current Ground Relay : 지락 과전류 보호계전기)

- 순시, 정한시 기능

OVR(Over Voltage Relay : 과전압 보호계전기 )

- 정한시 기능

UVR(Under Voltage Relay : 저전압 보호계전기)

- 정한시 기능

OVGR(Over Voltage Ground Relay : 지락 과전압 보호계전기)

- 정한시 기능

SGR(Selective Ground Relay : 선택 지락 계전기)


계측 기능

-. 전압계측 : 3 상 및 영상전압

-. 전류계측 : 3 상 및 중성선 전류

-. 주파수 계측

-. 역률 계측

-. 유효전력 및 유효전력량 계측

-. 무효전력 및 무효전력량 계측

-. 최대치 계측 3 상 전압, 전류 및 영상전압, 중성선 전류

Transducer 기능)

-. Analog 출력(4 - 2OmA) : 최대 4 점 - 3 상 전압, 3 상 전류, 주파수, 역률, 유효전력,

무효전력

-. Pulse 출력 : 최대 3 점 - 유효전력량, 무효전력량

DIO(Digital Input & Output) 기능

-. CB 상태표시 및 운전제어, Remote-Local 제어, 각종 고장 출력

통신기능

-. Rs232, Rs422, Rs485 중 System 에 맞게 공급 가능

특징

-. 그래픽 LCD 를 적용하여 다양한 정보를 보기 쉽게 표현

-. 기능의 한글 표시로 사용에 편리성 확보

-. 대화식 화면제어 및 메뉴방식의 채용으로 설정 및 확인이 용이

-. 설정치 변경시 Guidance 기능 채용으로 잘못된 Data 입력방지

-. 전면에 부착된 자체 Key 로 별도의 프로그램 수정장치 없이 모든 기능제어 가능


풍부한 입출력 접점

-. 최대 Dl(Digital Input) 5점, DO(Digital output) 8점, AO(Analog Outpur) 4점, PO(Pulse

Output) 3점을 자체 내장

-. 별도의 보조계전기 및 Transducer 를 사용치 않고도 중앙장치와 연결 가능

-. 통신기능 사용할 때 별도의 기기나 배선이 필요 없음

- Option : 통신기능/Transducer 기능

유지보수의 편리성

-. 각 기능별로 기판을 제작하므로 외함을 분해하지 않고 필요 부분만 인출 가능

-. 입출력 접점의 기능을 고정하지 않고 자체 Key 에 의해 기능 변경이 가능하므로

다양한 요구에 대응 가능

-. 고 신뢰도의 자기진단 기능

감시제어의 목적

-. 설비의 상태(운전, 정지, 고장 경부하, 과부하, 가동기간, 에너지량)와

빌딩내의 상황(조명, 온도 ․ 습도, 환기)등의 정보를 받아 들여 (감시)판단하고 적정한

운전조작을 하는 것

-. 종래에 감시, 판단, 제어의 대부분, 특히 판단에 대해서는 인간이 하고 있었으나

최근 빌딩에서는 설비의 고기능화, 고 도화, 대규모화의 경향과 함께 에너지절약화를

비롯한 각종 기능도 상호간의 설비와 깊이 관련되어 복잡화되어 있으며,

전기설비에서는 높은 신뢰성과 안전성이 필요하며 유지관리의 범위도 확대되고 있다.

-. 최소의 인원으로 관리하는 성력화가 필요하며 이를 위해

자동화, 일상운전에서의 감시, 고장의 조기 검출 사고 발생시 신속한 대응, 데이터

처리, 예방보전 등의 유지관리 업무의 질적 향상을 목표로 한 감시 제어 시스템이

필요하며 중앙에서 일괄 관리하는 집중제어 시스템을 채택하고 있다.

감시제어 목적

관리의 합리화,


에너지 절약화,

안전성과 쾌적성 향상

감시제어의 기능과 점수

1. 감시제어의 기본 기능

1 감시기능

2 제어기능

3 계측기능

4 기록기능

이러한 기본기능은 건물의 규모나 용도, 도입 목적에 따라 다르다.

감시제어 기본 기능

2. 감시제어의 점수

-. 감시제어 장치로 다루는 기기의 제어, 상태감시, 전압, 전류 등의 계측, 온 ․ 습도 설정

등의 입 ․ 출력을 관리점수라 하며


-. 그 점수에 따라 감시제어 시스템의 규모나 방식이 결정

-. 합계 입출력 관리점수는 경제성, 안전성, 유지관리, 장래성 등을 종합적으로 판단하여

결정해야 한다.

감시제어 시스템

1. 1대1 감시제어 시스템

-. 종래에 채택되고 있는 가장 일반적인 방식으로 피제어기기마다 신호전송로를

설치하여 감시 제어하는 방식

-. 신호전송로가 독립되어 있기 때문에 다른 기기와는 관계없이 감시제어가 가능

-. 전력설비, 공조설비 등의 피제어기기가 비교적 집중하고 이들 기기와 중앙감시실이

근거리인 경우나, 피제어기기가 분산되어 있더라도 감시제어 점수가 적을 경우에

채택된다.

2. 컴퓨터 응용 감시제어 시스템

중앙감시시스템의 구성

-. 고도화와 분산화에 의한

감시제어 대상의 확대와 함께 전력, 공조, 열원 등의 설비를 유기적으로 연계한

복잡한 운용의 필요성이 증가하고 있다.

-. 유지관리에도 고도의 지식이나 기술, 경험이 요구되므로


-. 설비의 복잡한 연계시스템의 감시제어나 유지관리 업무의 경감의 필요성으로

컴퓨터를 이용한 중앙감시제어시스템이 채택되고 있다.

-. 이 예는 1:N의 집중감시 제어인데 CPU(Central Processing Unit)를 이중화한

방식이나 마이크로 컴퓨터를 대상설비마다 설치하는 N : N 분산감시 제어시스템이

있다.

각종 제어 감시기능

컴퓨터 응용 감시제어 시스템의 특징

-. 다량정보처리 (입 ․ 출력, 연산)가 가능하다.

-. 예측, 기억할 수 있다.

-. 판단, 분류, 조회가 가능하다.

-. 인터럽터 처리가 가능하다.

1. 공통기능

상태감시 :

-. 전기기기, 공조, 열원기기의 운전 상태 변화를 항상 조정하고 조작원의 지시에 따라

상태를 CRT 등에 표시한다.

기기의 동작이상 고장감시 :

-. 전력설비의 각종 계전기의 동작, 공조, 위생설비의 고장 발생시 버저 등으로 통보함과

동시에 CRT에 표시하고 동시에 알람프린터에 표시한다.

상하한 감시 :

-. 전력, 공조설비의 상하한 설정값을 초과했을 경우, 경보 및 표시한다.

일보작성 :

-. 미리 등록되어 있는 계측점을 매정시의 계측값을 일보 용지에 자동인쇄한다.

월보작성 :

-. 등록필의 적산포인트를 매일 0시에 데이터 집산을 하여 1일의 사용량을 계산하고

매월 1일에 1개월간의 사용량을 집계하여 월보용지에 인쇄한다.


2. 전력감시

조명스케줄 제어 :

-. 요일, 자가발전시, 실의 사용 시간대, 점멸간격을 사전에 정해두고 점멸한다.

전력디멘드 감시제어 :

-. 계약전력을 초과하지 않도록 설정 전력량과 예측전력량을 비교하여 감시제어 한다.

설정전력량을 초과했을 경우 20분까지는 1차 경보를 하고 그 다음에 초과했을 경우는

경미한 부하로부터 「ON」「OFF」제어를 한다.

자동역률제어 :

-. 전력설비에 있어서 역률을 고역률로 유지하도록 무효전력을 계산하고 진상용

콘덴서를 「ON」「OFF」제어를 한다.

정전, 복전 처리 :

-. 정전이 발생하면 배전용 자동제어 프로그램을 정지하고 발전기 회로를 철제 조작 및

부하의 순서 투입을 한다. 복전이 재개되면 복전지령을 내어 각 차단기를 복귀하고

이어서 말단부하를 차례로 투입한다.

3. 공조설비

냉동기 대수제어 : 냉동기의 효율을 고려하여 그 시점의 열부하에 대응한 냉동 능력이

되는 대수를 결정하고 냉동기의 운전 정지를 제어한다.

펌프대수제어 : 냉 ․ 온수의 송수량에 대응하여 적절한 운전대수를 결정하여 운전

정지를 제어한다.

VAN 실내온도 제어 : 일반공조계통, VAN 공조계통에 있어서 벨브를 제어하고 에너지

손실이 작고 최단 기간에 설정온도로 한다.

공조기기 스케줄제어 : 계절조건, 요일조건, 시동간격, 자가발전 운전시 조건 및

운전시간대를 사전에 정해두고 공조기기를 정해진 시간에 시동 정지시킨다.

실내 온 ․ 습도 설정 : 인간이 쾌적하닫고 느끼는 실내조건 가운데 온도와 습도 모두

소비에너지가 최소가 되는 점을 설정하여 온 ․ 습도를 조정한다.


4. 방재설비

방재설비의 동작, 부동작 감시 :

-. 화재시에 스프링클러, 방재셔터, 방화문, 배연댐퍼의 동작을 CRT에 자동 표시한다.

공조기기 정지제어 :

-. 하론 방출이나 배연기기의 기동시에 관련 공조기기나 급배기 팬을 자동정지시킨다.

진상 콘덴서 (SC : Static Condenser)

병렬 콘덴서 :

역률개선, 선로전압강하 경감, 설비용량 증가를 위해 설치한다.

직렬 콘덴서 :

전압강하 보장, 전압변동 경감, 송전용량 증대, 선로 안정도 향상 및 전력조류를 제어할

수 있다.

결합 콘덴서 :

전력선 반송전화에 이용(carrier-coupling 콘덴서)한다.

필터용 콘덴서 :

직류변환회로의 필터용이다.

고조파 방지용 콘덴서 :

발진회로, 유도로 등으로 이용한다.

기타 콘덴서 :


ACB 분압용, 방전가공장치용이다.

역률 개선 콘덴서

-. 사용되는 전력 중 전등회로는 역률이 높아 큰 문제가 없으나

-. 동력설비 중에는 역률이 60~80[%] 되는 부하가 많으므로 전력의 역률이 낮아진다.

-. 낮은 역률을 높이는 목적으로 이용

-. 전력회사의 기본공급약관에서는 수용가의 역률 개선을 요금계산에 적용시키고

있으므로 고려해야 할 필요가 있다.

고압 콘덴서

-. 고압 콘덴서는 3[kV] 또는 6[kV]의 고압

저압 콘덴서

-. 용량은 10[kVA]에서 600[kVA] 정도

-. 수 ․ 변전설비에는 고압 콘덴서(특고압 콘덴서)를 사용하고,

저압 콘덴서는 동력제어반 또는 전동기측에 취부하는 일이 많다.

역률 개선의 필요성

-. 역률이 나쁘면, 전력 손실도 많아진다.

-. 콘덴서에서는 앞선 전류가 흘러서 역률이 개선되므로 이것을 역률 개선용으로 사용

-. 역률이 나쁜 부하는 동력이며, 전 전력부하의 약 2/3 정도이므로 역률개선은

동력부하를 대상으로 한다

-. 전기설비에는 지연역률의 부하가 대부분이고 전기 에너지에서 필요한 것은

유효전력뿐이고 지연역률의 부하는 무효전류를 여분으로 계통에 흐른다.

지연역률의 장해

-. 전력손실은 크다.


-. 전압강하가 크다.

-. 설비용량이 증가한다.

전력요금의 관계

-. 전력회사와 수급계약할 때, 원칙적으로 수용가에게 기기 역률을 90[%] 이상으로

유지하도록 요구

-. 역률이 90[%]를 초과하는 경우 95[%]까지는 매 1[%]에 대하여 기본요금을 감하여

주고,

-. 90[%]에 미달할 때는 매 1[%]에 대하여 추가 징수하고 있다.

(한전기본공급약관 제 43조, 제 44조). 따라서 역률이 90[%] 미만일 때는 전기요금이

비싸게 된다.

역률 개선의 원리

단상등가회로

-. 전력부하는 일반적으로 저항 R과 유도성 리액턴스 의 조합

전압과 전류는 그 임피던스에 의해 cosθ만큼의 위상차를 나타내며 이를 역률이라

한다.

-. 저항 R에 흐르는 (유효전류)는 전압 E와 같은 상이고,

유도성리액턴스 에 흐르는 전류 (무효전류)는 전압 E보다 90° 뒤진 위상차를

갖는데 벡터합의 전류는 가 된다.

-. 부하와 병렬로 진상용 콘덴서에 의한 용량성 리액턴스 를 접속하면,

진상용 콘덴서에 흐르는 전류 는 전압 E보다 90° 앞선 위상이 되어 은 만큼


상쇄되어 겉보기 전류 이 로 감소한다.

-. 역률 cos로 되어, 진상용 콘덴서를 설치하기 전보다 역률이 1에 가까워진다.

역류개선의 원리(벡터) 역률개선용콘덴서의 용량계산

역률개선용 콘덴서 용량 계산

-. 유효전력을 P[kW], 역률 cos으로 하면 무효전력 Q[kVA]

×

라는 콘덴서를 부하와 병렬로 접속하면 무효전력 Q는 Q - ,

개선후의 역률 cos는

피상전력유효전력

로 주어진다.

-. 개선 전의 역률 cos과 부하P가 주어진 경우 역률을 cos로 개선하고자 할 때

설비해야 할 콘덴서의 용량은

는 콘덴서의 용량[kVA], Q는 부하의 무효전력[kVAR], P는 부하의 유효전력[kW],

cos는 개선 전의 역률, cos는 개선 후의 역률이다.


콘덴서 설치장소와 효과

-. 콘덴서를 접속할 적합한 장소의 선정방법은 수용가의 구내계통, 부하조건에 따라

검토가 개별적으로 요구되며

효과, 보수, 점검, 경제적인 선정요소가 다양하여 각각 장 ․ 단점이 있다.

모선에 중앙집중으로 설치 부하와 중앙에 분산배치 부하말단에 분산하여 설치

1. 수전선 모선에 중앙집중으로 설치하는 방법

-. 관리가 용이하고 무효전력에 신속 대처할 수 있다

전력요금 등에 대한 절감효과를 가져올 수 있으나 선로의 개선효과는 기대할 수

없으므로

부하분산설치와 병행하여 설치하는 것이 바람직하다.

2. 부하와 중앙에 분산배치하여 설치하는 방법

-. 수전단 모선 중앙과 부하와 병행하여 설치하는 방법

중앙집중 설치방법보다 개선효과가 크다.

3. 부하말단에 분산하여 설치하는 방법

-. 콘덴서 설치에 따른 효과가 배전선을 포함한 전원측의 경로를 통해 나타나므로


각각의 부하에 개별적으로 설치하는 방식이 가장 효과가 크고

콘덴서제어가 간편하나 부하에 각각 부설해야 경제적인 부담이 크다.

역률제어

-. 높은 역률을 유지하고 전기 설비를 효율적으로 이용하려면

-. 부하의 변동에 맞춰 필용한 진상용량만 공급하도록 콘덴서를 개폐 제어해야 한다.

-. 전원측 과보상으로 인한 손실증대를 막기 위해

콘덴서자동제어방식이 많이 채용되고 있으며,

-. 건축전기설비의경우도 건물의 용도와 규모에 따라 적절한 제어방식이 적용되고 있다.

-. 수동조작과 자동조작이 있으며, 수동조작에는 직접조작과 원방조작 두 가지가 있다.

자동조작방식에는 제어요소별 구분

-. 무효전력에 의한 제어,

-. 전압에 의한 제어,

-. 역률에 의한 제어,

-. 전류에 의한 제어,

-. 시간에 의한 제어

1. 무효전력에 의한 제어

-. 무효 전력에 의해 콘덴서를 투입, 개방하며

-. 무효전력 검출을 위해 무효전력 계전기를 써서 무효전력 정정치보다도 커졌을 때

개방하는 방식이다.

2. 전압에 의한 제어

-. 모선전압이 정정치보다 내려갔을 때 콘덴서를 투입하고 정정값 이상이 되면 차단하는

방법

-. 1차 변전소처럼 그 목적이 모선전압의 조정에 있는 경우에 쓰이며 역률 개선용으로는


보통 쓰이지 않는다.

3. 역률에 의한 제어

-. 무효전력제어와 마찬가지로 역률계전기를 써서 제어

-. 조정폭이 부하감소와 더불어 작아지고 그 폭이 1군의 용량보다 작아지는 곳에서

반드시 헌팅을 일으킨다.

-. 회로전력이 기준 이하가 되면 자동제어기능을 정지시켜서 헌팅을 방지하도록 하고

있다.

4. 전류에 의한 제어

-. 부하상태에 따라 역률이 일정한 경우 등에 쓰이는 것

-. 전류계전기로 검출하여 제어한다.

-. 미리 무효전력과 부하전류의 관계를 조사하여 정정할 필요가 있다.

5. 시간에 의한 제어

-. 상점, 백화점처럼 업무시간에는 일정한 부하가 되고

종료시에는 거의 무부하가 되는 경우에 쓰이는 수가 있다.

-. 타임 스위치의 조합에 의해 연간을 통한 제어도 사용되고 있다.

부속기기

-. Static Condenser,

-. 개폐기,

-. 조작반,

-. 방전장치,

-. 직렬리액터(SR : Series Reactor)


1. 방전장치(Discharge Device)

-. 콘덴서를 회로로부터 개방하였을 때 전하가 잔류함으로써 일어나는 위험을 방지하고

투입 시 걸리는 고전압을 방지하기 위해서 방전장치가 사용

-. 콘덴서 회로에 직접 접속, 또는 콘덴서회로를 개방하였을 경우, 자동적으로 접속

-. 저압용의 경우,

개로 후 3분이내에 콘덴서의 잔류전하를 75[V] 이하로 저하시킬 수 있는 능력을

가지는 것이어야 한다 (내선 규정 340 - 2)

-. 고압용의 경우

5초 이내로 50[V] 이하로 방전시킬 수 있는 능력을 갖추어야 한다 (내선규정 715-6)

1 방전코일(discharge coil) : 대용량에 사용

2 방전저항 : 소용량에 사용

2. 직렬 리액터

-. 콘덴서회로에 직렬로 삽입하여 계통 전압파형의 변형 증대를 제어함과 동시에 파형을

더욱 개선하는 것이 목적

-. 콘덴서 투입시의 돌입전류 억제, 차단시 재점호 발생시에 모선의 서지전압을

억제하는 효과도 있다.

파형왜곡과 원인과 대책

-. 콘덴서를 사용하면 회로의 전압이나 전류파형의 왜곡을 확대하는 수가 있고 때로는

기본파 이상의 고조파를 발생하는 수가 있다.

-. 고조파 전압은 변압기의 이상소음을 증대시키고, 콘덴서 회로에 이상전류를 발생시켜

콘덴서의 운전에 지장을 주기도 하고 고조파전류에 의한 계전기류의 오동작을

일으키게 하는 수도 있다.

-. 3상 회로에 포함돼 있는 고조파차수는 제 5고조파가 가장 많고 다음이 제 7고조파,

제 11고조파로 되어 있다.


고조파의 발생원인

1. 변압기의 철심에 의한 자기포화특성에 기인하는 것

2. 정류기 부하에 기인하는 것

고조파에 의한 영향

-. 회로투입에 의해 전원측리액턴스와 콘덴서리액턴스 LC 공진에 확대되는 데

기인한다.

이 공진주파수 은

로 표시되고

-. 와 같은 주파수의 전류가 계통에 흐르고 있으면

-. 콘덴서의 단자전압은 이 전류 때문에 과대해져서 계전기의 오동작이나 전동기의

이상소음 등 원인이 된다.

-. 회로의 고조파전압은 콘덴서를 삽입하면 콘덴서의 용량성 때문에 확대된다.

-. 콘덴서에 유입하는 고조파전류는

기본파에 겹쳐서 흐르게 되므로 고조파를 줄이는 방법은 일반 3상 회로에서는 제

5고조파 이상을 생각하면 되고 제 5고조파에 대해 회로를 유도성으로 하면 되기

때문에 직렬리액터를 삽입한다.

-. 제 5고조파에 대해 유도성으로 하기 위해서는 직렬 리액터의 인덕턴스를 L, 콘덴서의

커패시턴스를 C라고 하면

∙ ∙

-. 콘덴서리액턴스의 4[%] 이상 되는 리액터의 리액턴스가 필요하게 된다.

-. 주파수의 변동이나 경제성의 면에서 6[%]를 표준으로 하고 있다.

-. 제 3고조파가 존재할 때에는 13[%] 가량의 직렬리액터를 넣는 수도 있다.


직렬리액터 결선도(콘덴서용량 300[kVA]

이상

직렬리액터 결선도(콘덴서용량 300[kVA] 이상

[주] 콘덴서의 용량이 100[kVA] 이상의 경우에는 CB 대신에 OS나 VC 또는 Int S/W를

50[kVA] 미만인 경우에는 COS를 직렬로 하여 사용할 수 있다.

직렬 리액터 사용시의 주의사항

1. 콘덴서 단자전압의 상승 :

-. 6[%] 리액터 삽입에 의해 콘덴서 단자전압은 약 6[%] 상승하고 콘덴서 전류도 약

6[%] 증가

-. 콘덴서는 약 13[%]의 용량이 증가하는 셈이 되므로 큐비클 내에 발열을 검토할 때는

주의할 필요가 있다.

2. 콘덴서와 용량을 합치는 일 :

-. 직렬 리액터는 직렬기기이므로 동일 용량의 콘덴서와 조합해야만 성능을 발휘한다.

3. 콘덴서의 최대 사용전류

-. 충전전류에 고조파가 포함되어 있는 경우,

그 합성전류의 실효값이 정격전류의 135[%] 이내라고 규정되어 있다.

-. 콘덴서전류가 정격전류의 120[%] 이상 흐르는 경우에는


고조파의 영향을 받고 있다고 믿어지므로 이런 경우에는 다른 기기에 악영향을 줄

것도 고려하여 직렬 리액터를 사용할 필요가 있다.

4. 모선의 단락전류가 큰 계통 또는 병렬콘덴서군이 있는 경우

-. 콘덴서에 직렬리액터가 부속되어 있지 않으면 콘덴서 투입시에 돌입전류가

과대해지기 때문에 CT 2차측 회로에서 플래시 오버(flash over)하는 수가 있다.

-. 콘덴서를 접속할 때는 직렬 리액터가 부착된 것을 사용하도록 한다.

콘덴서 개폐장치의 요구성능

1. 투입시에 과대한 돌입전류에 견딜 것

2. 개방시의 회복전압에 견디어 재점호현상이 없을 것

3. 전기적 기계적으로 다빈도 개폐에 견딜 것

4. 보수점검의 주기가 길고 수명이 길 것

5. 보수하기 간편하고 종합적으로 경제적일 것

콘덴서 개폐장치

-. 개폐성능, 개폐수명, 보수점검, 소요면적, 경제성 등을 고려하여

-. 고압의 경우 진공 개폐기와 가스 개폐기가 많이 사용되며 또한 COS를 직결하여

사용하는 경우도 있다.

-. 저압의 경우는 보통 MCCB 또는 전자 개폐기가 사용되고 있다.

6) 변압기 개선용 콘덴서 부설 용량 기준(수전변압기 용량의 경우)

변압기 용량(KVA) 콘덴서 용량(KVA)

500KVA 이하 변압기 용량 × 5%로 콘덴서 용량 결정

500 ～ 2000KVA 이하 변압기 용량 × 4%로 콘덴서 용량 결정

2000KVA 초과시 변압기 용량 × 3%로 콘덴서 용량 결정


※부하용 콘덴서의 경우 일반적으로 부하말단에 부하량이 약30%를 개별 설치하고

MG(마크네트) 및 I/O UNIT를 취부하여 디지털 RS-422통신으로 최대 256개 까지

간편하게 배선하여 원방감시 및 제어한다.

고압콘덴서 설비의 내부고장 보호장치

-. 콘덴서에 고장이 발생할 경우 사고의 확대와 파급을 방지하기 위하여 콘덴서를

회로로부터 신속히 제거하여야 한다.

(1) 중성점간 전류검출방식(Neutral Current Sensing)

-. Y로 결선된 콘덴서를 2조로 하여 콘덴서 고장시 중성점간에 흐르는 전류를 검출하는

방식이다.

중성점간 전류검출방식의 특징

-. 검출속도가 빠르고 동작이 확실하다.

-. 회로전압의 변동, 직렬리액터의 유무, 고조파의 영향을 받지 않는다.

-. 콘덴서회로 투입시 과도현상(돌입전류)에 의한 오동작이 없다.

(2) 중성점 전압검출방식(Neutral Voltage Sensing)

-. NVS(Neutral Voltage Sensing)를 결선하여 보호하는 방식으로 6.6kV, 3.3kV 계통에


널리 사용하고 있으며 콘덴서 Bank의 구성은 단상콘덴서 3대를 Y연결하여 사용한다.

(3) Open Delta 보호방식

-. 각상의 방전 Coil 2차측을 Open Delta로 결선한 것으로 22.9kV 계통에 적용한다.

무효전력 보상 방법

무효전력은 전압변동에 영향을 주는 요소로 무효전력 보상 방법으로는

-. Static Condenser

-. 동기조상기

-. 정지형 무효전력 보상장치 등이 있으며

2. 무효전력 보상 방법

(1) Static Condenser의 설치

-. 수전단 모선에 집합 설치하는 방법, 부하측에 분산설치, 수전단 및 부하측에 분산

설치하는 방식이 있다.

(2) 동기조상기

-. 발전기를 동기 조상기와 같이 생각하여 운전역률을 부하에 따라 변화시켜 발전기에서

무효전력 공급

-. 동기전동기가 여러 대 있을 때 전동기를 진상운전시켜 무효전력 보상


(3) 정지형 무효전력 보상장치

(SCR을 이용하여 콘덴서를 투입하면) 충격 전압 없이 무효전력을 공급할 수 있다.

단상등가회로

리액터 위상제어 방식

리액터 위상 제어방식

진상용 부하가 많은 경우 리액터로 위상제어하여 진상용을 제어 무효전력을 저감

설치효과

1) 변압기․배전선의 손실 감소

① 변압기의 손실 감소

-. 변압기에 전류가 흐르면 의 손실이 발생하는데 진상용 콘덴서를 설치하면


무효전류를 감소하므로 변압기 손실이 감소된다.

변압기 손실 중에서 동손이 차지하는 비율을 75[%]라고 하면

손실 감소량 은

×

×

×

× 가된다

여기서, η ：변압기 효율 , Pt：변압기 용량, P：부하 용량

cos θ 1：개선전 역률, cos：개선후 역률

② 배전선의 손실 감소

-. 배전선에 흐르는 무효전류가 감소하므로 배전선 손실이 감소됨

손실 감소량은 Wt2라 하면

× ×

× 가된다

여기서, E：회로전압, Pr：부하의 유효전력 R：선로 1상분의 저항

2) 설비 용량의 여유도 증가

-. 진상용 콘덴서를 설치하면 무효전력이 감소되어 Vector도에 의해 설비용량의

여유도가 증가한다.

① 콘덴서 설치전

-. 부하 역률 cos , 설비 용량 T[kVA]라 하면

유효전력 P1, 무효전력 Q1은

각각 P1 = Tcos , Q1 = Tsin으로 표시되며

② 콘덴서 설치후

-. Qc [kVA]의 콘덴서를 설치하여 역률을 개선하였을 때

개선된 역률을 cos ,


유효전력 P2, 무효전력 Q2라 하면

P2 = T cos , Q2=T sin 이므로

로표시되며

이 때 증가된 용량 △P=P2-P1이 되며 이를 Vector도로 나타내면 아래 그림과 같다.

3) 전압강하율의 감소

-. 콘덴서를 설치하면 개선전류에 의해 삽입모선의 전압을 상승시키는 효과가 있어 그

상승값(△V )만큼 전압강하를 막을 수 있다.

×

여기서, ：삽입하는 콘덴서 용량[kVA]

：콘덴서가 삽입된 모선의 단락용량[kVA]

4) 전력요금의 경감

한전의 전기공급규정에 의하여 역률 90[%] 이하가 되면 매 1[%]가 떨어질 때 마다

추가 전기요금을 납부하여야 하므로 콘덴서 설치에 따라 추가전력요금을 경감

전력요금=기본요금+전력량요금

∙ 기본요금= 계약전력× 역률 ×전력단가

∙ 전력량요금=전력사용량×전력단가


4. 자동제어 방식

-. 진상용 콘덴서를 설치하여 부하의 이용도에 따라 100[%] 조정하는 것은

불가능하므로 설치효과를 높이고 전원의 과보상으로 인한 손실증대를 방지하기

위하여 역률자동제어 방식을 채택하고 있다.

1) 회로도

역률 자동제어 회로도(예)

2) 자동제어 방식


자동제어 적 용 특 징① 수전점

무효전력에 의한 제어

- 모든 변동부하 - 부하변동의 종류에 관계없이 적용가능하며 순간적인 부하변동에만 주의

② 수전점 역률에 의한 제어

- 모든 변동부하 - 같은 역률이라도 부하의 크기에 따라 무효전력이 다르므로 일반적인 수용가에서는 적용 안함

③ 모선전압 제어에 의한 제어

- 전원임피던스가 크고 전압변동이 큰 계통

- 역률 개선의 목적보다도 전압강하를 억제할 목적으로 적용하는 것이며 전력회사에서 많이 채용

④ 프로그램에 의한 제어

- 하루의 부하변동이 거의 일정한 곳

- Timer의 조정과 조합으로 기능변동이 가능하며 경제적인 제어방식임

⑤ 부하전류에 의한 제어

- 전류의 크기와 무효 전력의 관계가 일정한 곳

- CT의 2차측 전류만으로 적용이 가능하며 경제적인 제어방식임

⑥ 특정부하 개폐에 의한 제어

- 변동하는 특정부하 이외에 무효전력이 거의 일정한 곳

- 개폐기의 접점만으로 간단히 제어할 수 있어 가장 경제적인 제어방식임

콘덴서 회로의 차단과 투입시 발생하는 현상

콘덴서의 개폐는 일반유도회로 개폐에 비하여 다음과 같은 특이성이 있다.

1) 콘덴서 투입시 돌입전류가 대단히 크다.

2) 콘덴서 개방시 개폐기 극간의 회복전압이 크고, 재점호하면 이상전압 발생

콘덴서 투입시 현상 및 대책

1. 콘덴서 돌입전류에 의한 CT 2차 과전압

① XL≪XC인 경우, 돌입전류는 수 10∼100배가 되는데

㉠ 직렬리액터가 설치되어 있지 않을 때


㉡ 전원 단락용량이 클 때

㉢ 병렬뱅크에 직렬리액터가 없는 것이 있을 때

㉣ 콘덴서에 잔류전하가 있을 때 발생하기 쉽다.

② 과도돌입전류에 의해 CT 2차에 과전압이 발생하며, 접속된 계기, 계전기 소손 및

CT비가 적을 때는 과전류정수가 문제

③ 대책：직렬리액터 설치(6%리액터 설치시 IC max는 5배, f1은 4배)

2. 콘덴서 투입시의 모선 전압 강하

① 모선의 전압강하 △V

×

② 투입시 Xc는 거의 Zero, X L≪X S이면 △V가 크게 되어

Thyristor 변환기의 전류(轉流)실패 가능

③ 대책：직렬리액터의 리액턴스(XL)를 수전측 리액턴스에

대해 문제가 되지 않을 만큼 크게 한다.

3. 콘덴서 개방시 현상과 대책

Ic는 S개방후 전류영점에서 차단.

차단직후 S극간의 회복전압은 잔류전압과 전원전압의 차이로 1/2 사이클 후에는 약

2배의 전압이 된다.

3상회로는 제1상 차단후 2.5 배 전압


1) 재점호에 의한 과전압

-. 콘덴서 개방시, 개폐기의 극간 전압 상승률이 높아서 개폐기 접촉자간의 절연이 1/2

사이클 후에 파괴→재점호

-. 전류영점에서 재점호가 발생하면 콘덴서 단자간에 약3배의 전압이 걸리고 다음의

회복전압에서 재점호가 반복하면 5, 7, 9배의 과전압이 나타나게 되어 콘덴서나

모선에 접속된 기기의 절연파괴가 발생하게 된다.

-. 대책：

차단속도와 접촉자간의 절연회복 성능이 빠른 개폐기를 선정

고압회로：진공개폐기, 가스개폐기

저압회로：MCB, 전자개폐기

2) 유도전동기의 자기여자 현상

① 유도전동기에 콘덴서 설치 시 별도의 콘덴서용 개폐기는

설치하지 않음

② CB를 개방하면 콘덴서 단자 전압이 즉시 Zero가 되지

않고 이상 상승하거나 장시간 감쇄하지 않는 경우, 이를

자기여자 현상이라 함(과전압으로 전동기 소손 가능성)

③ 콘덴서 용량이 전동기의 여자용량보다 클 때 발생,

콘덴서용량을 전동기의 여자 용량보다 작게 하면

해소됨(전동기 여자용량은 전동기정격 출력의 25∼50%

정도)

직렬 리액터 사용할 때 주의사항

1. 콘덴서 단자전압의 상승

6[%]의 직렬리액터 삽입시 콘덴서 단자전압도 6[%] 상승하고 콘덴서 전류도 6[%]

증가하며 콘덴서 용량이 약 13[%] 증가하기 때문에 큐비클내의 발열에 주의


2. 콘덴서와 용량을 합치는 일

6[kVA] Reactor를 콘덴서 100[kVA]에 접속시 리액턴스가 6[%]가 되어 제5고조파에는

유효하나 6[kVA] Reactor를 콘덴서 50[kVA]에 접속한 경우

×

가되어콘덴서 50[kVA]에는 3[%] 리액턴스가 되어 제5고조파에 대한 효과가 없다.

3. 콘덴서의 최대사용전류

Condenser 전류가 정격전류의 120[%]이상 흐르는 경우에는 고조파의 영향을 받고

있는 것으로 타기기에 영향을 줄 수 있으므로 직렬리액터 사용

4. 모선의 단락전류

모선의 단락전류가 큰 계통 또는 병렬콘덴서군이 있는 경우에 콘덴서에 직렬리액터가

부속되어 있지 않으면 콘덴서 투입시 돌입전류가 과대해지기 때문에 CT 2차측

회로에 Flushover하는 수가 있으므로 직렬리액터를 접속하여야 한다.

CPD : Custom Power Device(전력품질향상장치)

CPD(Custom Power Devices) : 전력품질향상장치

APF(Active Power Filter) : 고조파 전류보상

DVR(Dynamic Voltage Restorer) : 순간전압강하 및 상승을 보상

SVC(Static Var Compensator) : 무효 전력보상 및 전압 안정화


고조파가 기기에 미치는 영향


수변전설비변압기, 콘덴서,

차단기 등

과부하, 과열, 이상음, 측정오차,

오동작

절연열화, 수명단축, 코일소손,

용단

산업용기기전동기, 유도로,

인버터 등

2차측 과열, 진동, 이상음,

효율저하, 운전불능, 부품과열수명저하, 회전수 변동, 오동작

가전용기기형광등, 라디오,

TV, 전기시계 등과열, 잡음, 화상 일그러짐 성능저하, 수명저하

전자 기기FA, OA용 컴퓨터,

무선기기, PLC 등

과열, 오동작, 화상잡음, 특정부품

과열수명저하, 오동작

전기설비기기별 영향

FA, OA

기기류

프로세서 제어로봇, 오피스용

컴퓨터, AX, 의료용 기기

10~20% 이상의 전압강하가 0.003~0.02sec

계속되면 메모리의 손실, 프로그램 오동작,

오제어, 송수신의 정지를 초래하기 쉽다.

전자개폐기 공장의 대부분 모터

50% 정도 이상의 전압저하가 0.005~0.02sec

계속되면 전자개폐기가 동작하여 전동기가

정지한다.

가변속

전동기

일반산업용 모터, 엘리베이터,

펌프용 모터

20% 이상의 전압저하가 0.05~0.02sec 계속되면

전동기가 정지한다.

고압방전등점포, 홀의 조명, 스포츠시설, 도로,

터널조명

20%~30% 이상의 전압저하가 0.05~1sec 이상

계속되면 소등된다.

부족전압

계전기공장 등의 수전설비

부족전압계전기(UVR)의 동작정정시간이 짧은

경우 생산 Line이 정지한다.


순간전압강하에 대한 보상대책(DVR : Dynamic Voltage Restorer)

-. 순간 전압강하(Voltage Sag)는

낙뢰와 같은 자연재해 발생에 의한 보호설비의 재폐로 동작 시나 대형 모터의 기동

등에 의해 가장 빈번하게 발생하는 전압의 외란사고.

-. 순간 전압강하(Voltage Sag)에 대한 보상은

전압원 인버터 형태를 취하고 있는 DVR을 선로에 직렬로 연결하여 부족분의 전압을

부하에 공급함으로써 보상.

무효전력(Reactive Power)에 대한 대책

-. 무효전력의 보상은

TCR(Thyristor Controlled Reactor) 또는 TSC(Thyristor Switched Reactor) 구조를

취하고 있는 SVC를

선로에 병렬로 연결하여 사이리스터 스위치를 통해 무효전력을 제어함으로써 역률 및

전압을 보상합니다.


APF(능동전력 필터) : (Active Power Filter)

-. 비선형부하로 인해 선로에 발생하는 고조파 전류와 크기는 같고 극성이 반대인

전류를 선로에 주입함으로써 전원전류의 고조파를 제거하는 전력품질

향상장치입니다.

APF(능동전력 필터) 특징

1. 고기능

무효전력 및 고조파전류 보상

2. 저손실

최첨단 IGBT 스위칭 소자의 사용으로 손실을 절감

3. 조작∙보수성

불필요한 조작 및 조정을 간소화하여 보수가 용이

4. 소형∙경량

합리적인 실장기술로 소형, 경량화를 꾀하고 공간 절약을 실현

5. 고성능

PWM 제어기법을 적용해 2차 ~50차까지의 고조파전류를 일시에 제거


회로구성

-. 고속스위칭 소자로 고성능, 저손실의 IGBT를 사용한 전압형 인버터로 구성

고조파 발생 부하와 병렬로 접속하여 선로의 부하전류를 검출

-. 보상전류를 연산하게 되고, 순시크기에 비례해 Pulse 폭을 변화시키는 PWM 제어를

수행

-. 부하전류와 역위상의 보상전류를 선로에 주입함으로써

고조파전류는 상쇄되어 전원측전류에는 정현파 전류가 흐르게 됩니다.


수동필터

-. 수동필터는 교류필터, L－C 필터, Passive필터라고 불리며 동조필터와 고차수필터가

있다.

-. L－C 필터의 기본적인 회로는 L과 C의 공진 현상을 이용하는 것으로 n차 고조파에서

으로 함으로써 n차 고조파 전류는 대부분 여기에 흡수되고,

유출전류를 저감시킬 수 있다.

-. LC 필터는 부하와 병렬로 접속하는데, 직렬 리액터와 전력용 콘덴서를 접속한 분로를

여러 분로로 조합해서 구성하고 있다.

-. 각 분로는 고조파 차수에 직렬 공진시키는 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)를 선정하고

있으므로 각 고조파 차수에 대해 저임피던스가 된다.

-. 부하에서 발생한 고조파 전류는 임피던스비에 의해 분류하므로 전원측의 분류는

적어지고 LC 필터에 많이 분류(흡수)하여 고조파를 억제하는 것이다.

-. 일반 진상컨덴서 설비는 LC 필터와 동일한 구성이지만 직렬 리액터는 L＝6%를

접속하고 있다.

-. LC 필터와 진상컨덴서 설비의 상위점은 공진점과 고조파 과부하 내량에 있다.

능동필터(Active Filter)

-. 수동필터와 같이 공진 특성을 사용하지 않고,

인버터 응용기술에 의해 역위상의 고조파를 발생시켜 고조파를 소거하는 이상적인

필터이다.

-. 능동필터는 고조파 발생부하와 병렬로 접속한 것으로,

부하 전류 을 CT에서 검출하고, 부하전류에 포함된 고조파 전류성분 를

끄집어낸다. 를 전류 제어의 기준 신호로 이용하여 인버터에 흐르는 전류를

제어하며, 와 역위상의 전류 를 능동필터로 흐르게 하여 전원전류에 포함된

고조파 전류성분을 상쇄하기 때문에 전원전류 는 정현파가 된다.


능동필터 접속도 동작파형

능동필터와 LC필터의 비교

구분 능동필터 LC필터

고조파

억제효

과

임의의 고조파를 동시에 억제 가능

저차 고조파의 확대는 없다.

전원 임피던스의 영향에 의한 효과의

변화가 적다.

분로를 설치한 차수만 억제

저차 고조파를 확대하는 일이 있다.

전원 임피던스의 영향을 크게

받는다.

과부하 과부하가 되지 않는다.부하의 증가나 계통전원전압 왜곡이

커지면 과부하가 된다.

역률개

선있다(가변제어 가능) 고정적으로 있다.

증설 용이 필터 간의 협조 필요

손실 장치용량에 대해서 5~10% 장치용량에 대해서 1~2%

가격 300~600% 100%

-. 능동필터와 LC필터의 접속 계통의 전압, 상수, 주파수는 동일하게 표현

-. 능동필터의 정격용량[kVA]＝×계통전압×보상전류 실효치

-. 보상전류 실효치는 능동필터의 설치목적에 의해 고조파 전류만의 경우와 기본파

전류를 포함하는 경우가 있다

-. LC필터의 정격 용량[kVar]은 각 분로마다 기본파용량(진상 무효전력 용량)으로

표시하고 일반적으로 고조파용량으로는 표현하지 않으며, 고조파의 정격으로는 각


분로마다 각 고조파 차수의 정격 고조파전류[A]로 규정하고 있다.

-. 용량의 단위 표기 방법을 보면, 능동필터는 피상전력의 용량표현을 위해“ kVA”로

하고, LC필터는 무효전력의 용량표현을 위해“ kVar”로 한다.

DVR 순간전압보상기(DVR : Dynamic Voltage Restorer)

-. DVR은 전원측과 부하측 사이에 직렬로 연결

-. 대용량 부하의 투입이나 인접선로의 사고로 발생하는 전압의 순간적인

급강하(Voltage Sag) 또는 급상승(Voltage Swell)으로부터 민감한 부하를 보호하여

수용가의 전력품질을 향상시키는 장치.

특징

-. 순간전압강하 보상

-. 서지 흡수

-. 전압불평형 개선

-. Phase shifts 방지

-. Battery나 발전기가 불필요

-. 빠른 응답속도

개념도

회로구성

-. DC-Link 커패시터, IGBT인버터, 인버터 출력 필터, 주입 변압기, By-pass 스위치로


구성

-. 선로의 정상구간 운전에서는 By-pass 스위치가 Turn-on 되어 보상기는 동작하지

않게 되고,

-. 순간전압강하 또는 순간전압상승 발생 구간에서는

By-pass 스위치가 Turn-off 되고 보상기의 출력전압이 전원전압과 더해져 부하에

전달.

전자환경성의 개요

-. 전력기기나 전자통신장비는 접속되는 전력선이나 신호선에서의 전도, 공간을 통하는

전자방사에 의하여 상호방해나 간섭을 받을 가능성이 있다.

이와 같은 문제를 전자환경성이라 한다.

전자환경은 여러가지 구성요소.

① 장치의 설치장소

－. 실드나 접지조건

－. 인접기기의 종류, 이격거리 등


② 전원계통에 관계되는 환경

－. 전원의 종별, 전압의 등급

－. 접지점에서 본 내부 임피던스

③ 장치에의 신호선로

－. 신호선로의 종별, 부설상황, 필터의 유무 등

전자방해작용의 개요

전력기기나 장치가 받는 장해의 원인을 말하며, 전자방해작용의 침입경로.

① 전원노선에서의 침입

－. 전원고조파, 전원전압변동, 순간정전, 과도서지 등

② 신호선로에서의 침입

－. 유도 뇌서지, 전원선으로부터의 유도전압 등

③ 주위공간

－. 외부로부터의 전자방사, 정전기에 의한 방사 등

전자방해작용에 대응한 고려사항

① 접지선

－. 별도의 접지선을 사용한다.

－. 접지선은 굵고 짧게 하고, 접지저항은 10Ω 이하로 한다.

② 전원회로

－. 절연변압기를 사용하고, 전원선은 가능한 굵은 것을 사용한다.

－. 노이즈필터 서지프로텍터가 내장된 것을 사용한다.

－. 잡음이 적은 조명기구를 사용한다.

③ 신호선

－. 트위스트 케이블을 사용하고, 전원선과 가능한 이격시킨다.

－. 일반 케이블의 경우 금속관을 통해 배선한다.

－. 케이블 외장강대를 접지한다.


설계단계에서의 정전대책

① 수전방식:

2회선 수전방식을 채택하고, 가장 신뢰도가 높은 스포트네트워크 수전방식의 채택도

검토한다.

② 수배전 계통의 이중화:

전기수용설비의 중요도에 따라 변전 및 간선계통의 완전이중화를 검토한다.

③ 모선의 이중화:

모선은 2계통으로 하고, 모선연락차단기를 2대 직렬로 한다.

④ 무정전전원시스템의 구축:

순간정전도 허용하지 않는 부하기기에 대해서 병렬방식의 UPS 시스템을 구축한다.

⑤ 비상전원설비의 구축:

소방법과 건축법에 규정하고 있는 부하에 대해서 비상전원설비를 구성하고,

비상용발전기는 2대 이상으로 하여 분할된 모선 각각에 분담하도록 한다.

⑥ 공급신뢰성 향상대책

-. 전기기기의 불연화 : 변압기, 차단기, 전력용콘덴서 등의 오일리스화

-. 전선의 불연화 : 내화, 내열케이블 및 난연케이블의 사용

-. 기기의 폐화, 컴팩트화 : 몰드화, GIS화

-. 전자화 : 디지털계전기 채택 및 마이크로컴퓨터 응용제어 장치의 채택

-. 소형화

운용단계에서의 정전대책

(1) 공급신뢰성 유지대책

① 메인터넌스 프리:

가스절연기기, 몰드화, 진동차단기의 채용

② 오조작 방지:

인터로크 회로, 페일세이프 회로

③ 보수관리 업무의 기계화:


마이크로컴퓨터 응용감시제어장치의 도입

④ 예방보전시스템 도입:

사전 고장사고 방지를 위한 시스템 도입

⑤ 소형화

2) 사고확대 방지대책

① 중앙감시화:

-. 고장기기의 확인, 고장지점의 판별

② 정전시의 백업:

-. 무정전전원장치 및 자가발전설비, 축전지설비

③ 화재대책:

-. 방재설비구축, 불연화기기의 채택, 전기실의 구획

④ 증설, 개수대책:

-. 기기의 배치, 증설용이

전원교란 POWER DISTURBANCE

-. 순간전압 변동은 주로 변압기나 송배전 선로의 능력을 초과해서 사용함으로써

발생되며 순간적으로 과다한 전류를 요구하는 모터, 콤퓨레샤 혹은 반도체 Tryristor를

이용한 장비들의 사용이 점차 가속화되면서 증가하고 있다.

전원의 교란(Power Disturbance) 분류

-. 전압변동 (Voltage Fluctuation)

-. 파형의 찌그러짐(Distortion)

-. 노이즈(Noise)

-. 전압강하(Voltage Dip, Sag)

-. 정전(Power outage)


전압변동 (VOLTAGE FLUCTUATION)

-. 전압이 정격에서 5%이내에 있어야 하나 실제의 경우는 10%내외로 변하는 때가

많다.

-. 심하게 변동되는 전압에 그대로 기기가 연결되면, 기기의 수명이 크게 단축되고

오동작으로 인하여 신뢰성을 잃게 됩니다.

-. Computer를 이용한 정 분석기기 등의 경우에는

AVR, POWER CONDITIONER, UPS등을 통해 2%이내의 안정된 전원을 기기에 공급

-. 전압이 크게 변동되는 주원인

변압기나 송배전선로의 공급능력을 초과하는 전력을 불규칙하게 사용

고주파 함유율, 파형 일그러짐 (DISTORTION)

-. 파형이 정현파(Sine wave)가 되지 않고 일그러지거나 찌그러지는 정도를

고조파 함유율(Total Harmonic Distortion : THD)이라고 하는데

대용량의 전기로 가동시, SCR등을 사용하여 위상을 제어할 때(SCR AVR)Inverter,

정류기, 가포화 Reactor등을 사용할 때 발생.

고조파장애

-. 전력계통측에는 Condenser 등 전력계통소자의 손실증가와 과열현상

-. 제어기기의 성능 불안정 및 부정확

-. 보호계전기의 오동작 및 계기의 오지시

-. 약전계통측에는 전화회선의 음성잡음

-. 전신, 신호회선의 오동작, 오표시

-. Data Process장치에의 Noise를 발생시킴으로써 Error를 유발하여 System운용에 큰

장애요인을 가져옵니다.

대책으로는

Filter하는 방법:


-. 보편적인 방법은 Filter를 사용하여 고조파를 걸러내는 것이나, Filter로 3, 5, 7, 9차

등의 저차고조파를 통째로 Filter하는 것은 매우 어려운 한편, 수반되는 부작용이 더

커서 바람직스럽지 못함.

Filter의 양이 커짐에 따른 부작용

-. 부피, 무게 및 소음의 증대, 효율의 감소

-. Dip, Sag 및 Surge의 발생. (Filter를 구성하고 있는 Reactor에 있는 "L;Inductance"가

급격한 부하전류의 변동에 대해 역기전력을 만들어내기 때문임)

노이즈 (NOISE)

-. 신호에 간섭해서 정보의 전달을 저해하거나 교란하는 것

Normal Mode Noise

-. 전원선을 타고 들어오는 것으로서,

Transients, Impulse 혹은 Surge등으로 표현되고 있는데 대부분 매우 짧은 시간에

높은 전압을 주고 사라지는데, 이러한 Noise가 갑자기 기기에 들어오게 되면

예고없이 Error를 내게되며, 특히 전송중에 있는 Data에 치명적이 됩니다.

스윗칭파워회로에는 위협적인 것이 되고 있습니다.

-. 에어콘, 엘리베이타, Motor, 콤퓨레샤, 용접기, 전기로, 전철, 기타 전동기구가 기동할

때

-. 형광등, 수은등, 백열등의 On, Off시

Common Mode Noise


-. Hot Line이나 Neutral Line을 타고 들어온 뒤 Ground Line을 타고 나가거나 혹은 그

반대가 되는 등의 Noise로서 이들은 적절히 Filter되지 않으면 Ground를 기준전위로

채택해야 하는 Logic회로가 내장된 전자기기는 혼란에 빠지게 되어 Momory계통의

Error를 유발시킬 수 있습니다. 이러한 메모리는 많은 전기기기가 사용됨에 따라

필연적으로 증가되지만 특히 SCR로 위상을 제어하는 조광기, 항온항습기,

온도조절기, Free Volt TV등과 같이 고조파를 심하게 발생시키는 제품의 경우 특히

심한 Noise를 발생시킵니다.

NOISE의 기본적인 대책

-. Noise원으로부터 기기를 분리

에어콘, 엘리베이터, 모타, 펌프, 폼푸레샤, 용접기, 프레스 등으로부터 별도의 단독

변압기를 쓰는 등 전원을 분리시켜야 됩니다. 또한 많은 기기들을 같이 사용할 때

그들 기기끼리도 상호 간섭하여 Noise원으로 작용하므로 가급적 별도의 전원을 마련

-. 1종 접지(Ground)를 가급적 기기마다. 별도로 설치해야 합니다.

* 전기적 충격방지

* 기준전위 마련

* Noise의 배출구등의 역할이 있고

* 정전기의 발생 억제 대책을 세울 것.

* 껌뻑거리는 형광등의 기기부근 사용금지

* 전자장의 간섭배제 고려할 것.

Noise에 대한 보호기로서의 Noise Cut Isolation Transformer

단순복권변압기:

-. 1,2차간 전기적인 Isolation이 되나, Noise 특히 높은 주파수의 Noise에는 전혀 대책이

안됨.


복권쉴드 변압기:

-. 1,2차간 전기적 Isolation이 되며 또한 정전 결합의 Isolation이 됨. 따라서 Noise중

Common mode noise의 저주파 Noise는 Isolationgy과가 있으마, Common mode의

고주파 Noise 및 Normal mode noised에는 효과가 없음.

노이즈 차폐변압기:

-. 1,2차간 전기적 Isolation과 정전결합 Isolation 그리고 자기결합 Isolation까지 됨.

따라서 모든 종류의 Noise에 대해 효과 있음.

태양광 에너지 특징

무한 에너지

태양빛을 이용한 무한한 에너지원.

청정 에너지

태양에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키므로 기계적, 화학적 작용이 없고

환경오염과 소음공해가 없는 에너지.

차세대 에너지

높은 신뢰성으로 반영구적인 사용이 가능한 규격화 된 system으로 향후 용량의

확장이 용이.

편리성

소규모 주택용부터 대규모 발전용까지 다양하게 적용 가능.

Web Monitoring을 이용한 실시간 시스템으로 관리.

유지비용의 최소화

설치가 간단하며 기계적 장치가 필요하지 않아 유지∙보수가 거의 필요 없습니다.

태양광산업의 현황

-. '70년대 오일쇼크를 계기로 대체에너지로서 태양광 기술이 주목 받게 됨

-. 환경에 대한 인식이 높아짐에 따라 태양광 발전 기술의 개발과 보급에 대한 투자가

확대 됨


-. 태양광 발전 기술은 청정에너지 측면을 넘어 고용효과 및 기술적 파급 효과가 큰

신산업으로 발전

-. 태양광 주택 설치 보조금 지원, 발전 차액 보전 제도, 공공건물 설치 의무화 제도

등의 보급촉진 제도와 Solar City, Green Village사업 등 국가의 적극적인 홍보와

정책적인 지원이 뒷받침되고 있습니다.

태양전지 Solar Cell

-. 태양전지는 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 반도체

소자로서 각각 +, -의 극성을 띄는 2장의 반도체 박막으로 구성됩니다.

-. 생산방식에 따라 단결정, 다결정 그리고 비정질 태양전지로 구분됩니다.

-. 발전되는 전압전류 크기는 빛의 강도에 의하여 결정되며, 태양전지를 직병렬

연결하여 일정한 출력이 발전되도록 만든 제품을 태양전지 모듈(Solar Module)이라

합니다.

광전효과(Photoelectric Effect)

-. 전자를 자유로이 하는데 요하는 최소의 에너지를 Eo, 빛의 진동수를 v, 플랑크

상수를 h라 하면 hv-Eo 이 광전자의 에너지이며, hvo - Eo 으로 정해지는 한계진동수

V보다 진동수가 높은 빛의 흡수에 의해서 광전효과가 일어납니다.

-. 흡수체 및 방출된 전자의 상태에 의해서 광이온화, 외부 광전효과, 내부

광전효과(광전도) 및 광기전력효과 등으로 분류됩니다.

광기전력효과

-. 태양전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 정공이 발생합니다.

-. 발생된 전하들은 P, N극으로 이동하며

-. 이 현상에 의해 P극 과 N극 사이에 전위차(광기전력)가 발생하며

-. 이때, 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 됩니다.


Solar Module 구조

계통연계형 태양광발전시스템(On-Gird Photovoltaic System)

-. 태양전지 모듈로부터 발전된 직류전력을 인버터를 통하여 교류전력으로 변환하여

계통과 연계하는 시스템으로 축전지(Battery)가 필요 없습니다. 또한, Monitoring

System을 구축하면 원거리에서도 실시간으로 태양광 발전량을 감시할 수 있습니다.

태양전지 모듈

태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 역할을 하며, 태양 전지판과 설치틀로

구성되어 있습니다.

계통연계형 Inverter

태양전지에서 나오는 직류전력을 교류전력으로 변환시켜 부하 및 계통에 역류

가능하며 일반적으로 변류제어형 전압원 인버터 방식이 많이 채용됩니다.


Monitoring System

태양광 발전 시스템의 자체 감시 및 원격감시를 수행합니다.

독립형 태양광발전시스템(Stand-Alone Photovoltaic System)

-. 도서지역, 산간벽지 등 계통전원 공급이 어려운 지역에 전력을 공급하기 위한

시스템으로 태양전지 모듈, 충전조절기, 인버터, 축전지, 발전기로 구성되어 있습니다.

또한, Monitoring System을 구축하면 원거리에서도 실시간으로 태양광 발전량을

감시할 수 있다.

태양전지 모듈

-. 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 역할을 하며, 태양 전지판과 설치틀로

구성되어 있습니다.

충전조절기

-. 태양전지판에서 발전된 직류전력을 축전지에 공급하거나 인버터에 공급합니다.

독립형 Inverter

-. 직류전력을 교류전력으로 변환시켜 부하에 공급합니다.


축전지

-. 태양전지판에서 발생되는 전력이 부족하거나 야간에 전력을 인버터(Inverter)를 통하여

부하에 공급합니다.

태양광발전의 원리, 특징, 적용효과

(1)원리와 구성

① 원리

-. 태양광발전 시스템은 태양으로부터 지상에 내리쪼이는 방사에너지를 태양전지를

이용해 직접 전기로 변환해서 출력을 얻는 발전방식이다.

② 구성

-. 태양전지 집합체와 직류－교류 변환장치(직류출력을 교류로 변환하는 변환장치),

제어장치, 축전지설비로 구성된다.

(2) 특징

① 장점

-. 태양에너지원이 무한정이고 깨끗하다.

-. 시스템이 단순하고 보수가 용이하다.

-. 수용가에 설치하여 분산형 전원으로의 적용이 기대된다.전원설비 강의 080918.hwp 198

② 단점

-. 에너지 도가 낮다.

-. 기상조건의 영향을 심하게 받게 되며 발전능력이 저하한다.

-. 설치비가 고가이다.

서지(Surge)의 개념

-. IEC의 정의에 의하면,

Line 또는 회로를 따라서 전달되며, 급속히 증가하고 서서히 감소하는 특성을 지닌

전기적 전류, 전압, 또는 전력의 과도파형이다. (IEC IEV 161-02-01)

서지(Surge)의 발생 원인

1. 자연현상에 의한 Surge

직격뢰 (Direct Strike)

-. 낙뢰가 구조물, 장비, 전력선 등에 직접 뇌격하는 것

-. 약 20kV 이상의 전압과 수 kA~300kA 이상의 과전류가 발생한다.

간접뢰 (Indirect Lightning)

-. 송전, 통신선로에 뇌격하여 선로를 통하여 Surge가 전도되는 것

-. 발생빈도가 가장 많으며,

-. 6,000V 이상의 매우 큰 에너지를 갖고 있어 이에 의한 피해가 가장 많고 크다.

유도뢰 (Inducement Lightning)

-. 낙뢰지점 인근대지에 매설된 전원선, 통신선, 금속파이프 등 도체를 통하여 유도되는

고전압 고전류의 유입으로 인하여 접지전위의 급상승으로 Surge가 발생한다.

방전 (Bound Change)

-. 지상과 구름, 구름 내, 구름과 구름 사이의 방전으로 유도된 전하가 전력선, 금속체

또는 지표로 흘러 장비를 손상시킨다.

2. 개폐 및 기동에 의한 Surge


-. 변전소에서 고압전력 공급선을 스위칭할 때 최고 6,000V, 분전함 주전원 스위치를

작동할 때는 최고 3,000V의 개폐서지가 유입될 수 있다.

-. 중장비 시동 때도 최고 3,000V의 전압 임펄스가 발생된다.

이 외에 주위에서 아크용접기, 컴프레셔, 진공청소기, 사무기기 등을 사용할 때도

400~1,000V의 임펄스와 노이즈가 발생한다.

서지(Surge)에 의한 피해

-. 최근 들어 건물의 인텔리전트화, 각종 제어시스템 도입의 증대, 유비쿼터스 도입

등으로 급속히 늘어나는 추세이다.

-. 국내의 경우 아직 Surge로 인한 피해에 관하여 정확한 연구가 없지만, 미국의 경우

고압과 과전류로 인하여 전자화한 System의 장애가 발생하여 시간과 경비의 피해

규모가 산업계에서만 매년 260억 달러에 이르는 것으로 추정하고 있다. 아래 표에서

보는 바와 같이 전자장비의 경우 원인불명의 고장 중 88.3%는 Surge에 의한 것이다.

서지(Surge) 테스트 파형 (IEC 규격)

Surge 전압파형

-. 1.2/50㎲ Surge Voltage Wave form

전압파형의 경우 유도된 Impulse가 상승하기 시작부터 그 당시 유도된 최고치의

10~90%까지 올라가는데 1.2㎲ (IEC 60-1) 시간이 걸리고, 하강할 때 50%(IEC

469-1)까지 도달되는 시간 50㎲ 가 소요된다. 전압파형은 전류파형에 비해 상승

시간은 짧은 편이나 지속되는 시간은 전류에 비해 두 배 이상 지속된다.

Surge 전류파형전원설비 강의 080918.hwp 200

-. 8/20μs Surge Current Wave form

전류파형은 상승곡선 10% 에서 최대 전류치(1pk)의 90% 까지 소요시간은 8㎲ ,

하강곡선의 50%까지 떨어지기까지는 20㎲가 소요된다.

SPD(Surge Protective Device, 서지보호기)란?

-. Surge로 부터 각종 장비들을 보호하는 장치

-. 과도전압과 노이즈를 감쇄시키는 장치로써 SPD 또는 TVSS (Transient Voltage Surge

Suppressor)

-. SPD와 TVSS는 상호 호환되어 사용

-. SPD는 전력선이나 전화선, 데이터 네트웍, CCTV회로, 케이블 TV회로 및 전자장비에

연결된 전력선과 제어선에 나타나는 매우 짧은 순간의 위험한 과도전압을

감쇄시키도록 설계된 장비입니다.

일반적인 서지 차단후의 파형


서지보호기의 동작원리

-. SPD(서지보호기)를 설치하는 목적

계통에 서지 전류가 들어올 때, 그 전류가 부하를 통해 흐르지 않고 서지보호기

자신을 통해 흐르도록 하여 부하에서 발생하는 전압강하가 과다하게 상승하는 것을

막아서 부하를 보호하려는 것

계통에 서지가 들어올 경우에, 임피던스가 낮은 통로(즉 SPD)를 통해 서지전류를

흘려줌으로써 달성할 수 있다.

MOV는 정상상태에서 매우 큰 임피던스를 가지는 부품이다.

여기에 전압 서지가 걸리면 MOV의 임피던스가 급격히 낮아지면서 서지를 부하가

아닌 다른 통로로 흘려보내는 저임피던스통로가 된다.

서지보호기에는 막대한 전류가 흘러도 전압이 크게 상승하지 않는다.

SPD의 서지억제 개념도

MOV는 서지 전압을 감쇄시키는 기술 가운데 가장 믿을만한 기술이다.

MOV의 클램핑 특성이 믿을만하기 때문에 전원용으로는 95% 이상의 SPD가 MOV를

채택하고 있다.

-. SAD(Silicon Avalanche Diode)는 데이터선이나 통신선용 SPD로 자주 쓰인다.

MOV의 대표적인 특성은 다음과 같다.

정상전압에서는 전류를 거의 흘리지 않는다.

전압이 올라가면 전류를 많이 흘린다.

전류가 많이 흘러도 전압강하가 높아지지 않는다.


SPD의 전압, 전류 특성곡선

-. 인가전압이 상간 380V 이지만, 서지보호기는 접지를 시키기 때문에

대지전위차에 의해 220V가 됨. 서지보호기는 최대연속동작전압(MCOV)와

전압보호수준(Up)를 고려하여 선정/설치해야 함.

전원용 설비보호

1차 보호

-. 주 변압기의 2차측 Main Panel에 Main Surge Protector를 설치하여 외부로 부터

침투하는 Surge를 1단계 억제한다.

2차 보호

-. 각 건물의 분전반 또는 UPS, AVR 입력단에 Surge Protector를 설치하여 Main Surge

Protector를 통하여 잔여 Surge 및 내부 발생 Surge를 억제한다.

3차 보호

-. 정 제어 장비의 전원 입력단에 Surge 및 Noise를 제거할 수 있는 Surge


Protector를 직렬로 설치하여야 한다.

SPD의 선정

전원선, 뇌방전 및 대지전원 상승에 의한 과전압과 과전류에 대한 위험도를 분석하여

경제적인 조건을 고려하여 SPD를 선정


서지 흡수기{S·A(Application Guide of Surge Absorber)}

설치목적

-. 급격한 충격 침입파 에 대하여 기기를 보호할 목적으로 피보호기기의 단자와

대지간에 접속하는 보호콘텐서 또는 이와 피뢰기를 조합한 것이다.

-. 보호 콘덴서는 충격파의 파두준도를 완만하게 하고, 또 파마장이 짧은 경우는

파고치를 저감 함으로서 발전기 코일의 층간 대지절연을 보호하는데 효과가 있다. 또

파미장이 길 경우에는 피뢰기에 의해 파고치를 떨어뜨린다.(차단기의 투입,차단시에는

서지가 발생되며 경우에 따라서는 선로에 중대한 영향을 미치므로 전동기,변압기

등을 서지로부터 보호할 수 있는 서지흡수기의 설치가 권장되고 있으며 특히

몰드변압기 및 전동기에 VCB를 설치하는 경우에는 변압기의 보호를 위해 최근에는

반드시 설치하고 있다.)

요구되는 기능

-. 피뢰기와 동일한 기능이 요구됨.

서지 흡수기의 정격

계통공칭전압 3.3㎸ 6.6㎸ 22.9㎸

정격전압 4.5㎸ 7.5㎸ 18㎸

공칭방전전류 5㎄ 5㎄ 5㎄

설치대상의 선정


대상기기계통의 전압

3.3kv 6.6kv 22kv

유입변압기 ▲,◎ ▲,◎ ▲,◎

건식변압기 ★,◎ ★,◎ ★,◎

몰드변압기 ★,◎ ★,◎ ★,◎

전동기 ★ ★ ★

[별표]

★ : BIL(Basic Impulse Level)의 검토후 설치여부 반드시 검토.

▲ : BIL(Basic Impulse Level)의 검토 후 설치여부 검토.

◎ : 변압기2차측에 반도체장비를 설치하고 VCB를 사용하는 경우 설치검토.

◎ 에 해당하는 경우에는 제조업체와 협의하여 그 설치목적에 적합한 기능을 다할 수

있도록 하여야 한다. 설치장소는 되도록 피 보호기기에 가깝게 두고 접지선은 짧게

한다.

라. 설치 위치�

-. 보호 대상기기의 전단에 설치하며 대부분

개폐서지를 발생하는 차단기의 후단에

설치하고 2차측은 접지한다.

마. 적용범위

-. 발전기, 변압기, 전동기, 콘덴서, 반도체 장비 계통 전원설비 강의 080918.hwp 206

바. 설계 및 시공시 주의사항

1. C-R Surge Suppressor(서지 억제)

-. 과전류 내량이 낮은 전동기나 발전기에 대하여는 C-R 서지 업서버를 사용한다.

-. 계통의 대지정전용량이 증가하는 것으로 필요에 따라 지락 방향계전기를 병용하여야

한다.

-. 계통의 고주파 영향으로 소손하는 위험이 있으므로 유의할 필요가 있다.

2. ZnO형 서지 업서버 (서지 흡수)

-. 모터 보호에 적합하다.

-. 외뢰 등이 직접 침입이 예상되는 회로에는 적용하지 않는다.

-. 내전압시험시에는 분리하여 시험한다.

-. 차단기 CT의 부히측에 설치한다.

3. 저 서지형

-. 차단기의 개폐서지 흡수에 적합하다.

절연설계의 기본적 방향

-. 변전설비등 전력계통의 각종기기(애자포함) 등의 절연내력을 모든 이상전압에

견디도록 설계한다는 것은 경제적으로 곤란하다.

이상전압은 외부 이상전압(직접뢰, 유도뢰)과 내부 이상전압 (과도이상전압, 지속성

이상전압)으로 구분되며, 따라서 전력설비 절연설계의 기본대책은 외부 이상전압에

대한 방호장치를 설치하여 이상전압에 대한 파고치를 저감(피뢰기 제한전압)시키고,

그것에 대하여 어느 정도 여유를 가진 절연강도를 정하고 피뢰기의 원,근에 따라

합리적인 격차를 두어 계통 전체로서 정연한 하나의 절연체계를 갖도록 하고 있으며,

이것을 전력계통의 절연협조라고 한다.

이상전압의 종류별 대책

외부뢰에 대한 대책

직격뢰


-. 직격뢰를 받을 수 있는 전력설비에 대하여 가공지선 등 피뢰설비를 시설하고 이를

다중접지하여 접지저항을 극력 저하시킨 후 직격뢰의 전력설비로의 침입을

방지한다. 유도뢰

-. 전력설비에 유입될 수 있는 가공선로의 인입점 등에는 피뢰기를 적정하게 설치하여

내습하는 유도뢰의 파고치를 일정레벨(피뢰기의 제한전압) 이하로 떨어뜨려

전력설비의 이상전압의 파고치를 일정하게 제한한다.

전력설비 시설물에 대한 대책

-. 외부뢰에 대한 대책이 강구되어 외부 이상전압이 일정하게 되므로 계통전압에 대하여

정해진 기준충격 절연강도(BIL)에 적합하게 설계하는 것으로 절연설계에 임할 수

있다.

개폐서지,상용주파 과전압

-. 계통의 절연(BIL)에 의해 보호.

절연협조

-. 피뢰기의 제한전압을 기본으로 하여 이것에 어떤 여유를 준 기준 충격절연강도(BIL)를

설정하여 각 기기의 절연강도를 그 이상으로 유지함과 동시에 기기 상호간의 관계를

가장 경제적이고 합리적으로 결정하는 것.

-. 기준 충격 절연강도와 각 기기의

절연내력은 계통의 이상전압의 파고

값, 보호장치의 보호능력, 기기의

중요도, 보수,실험 등을 충분히

고려하여 정해진다.


전력설비의 종류별 절연대책

옥외애자, 애관류

-. 오손성능에 대해 1선지락시의 건전상 전압에 견딜 것.

-. 습도, 습윤을 고려하여 동일 BIL에서 시험조건을 바꿔서 절연격차를 둔다.

전위변성기 결합콘덴서

-. 정격 BIL의 120% 정도로 한다.

변압기 중성점의 절연내력

-. 계통의 공칭전압별 기준 BIL을 적용하고

-. 비 유효접지계통의 경우에는 중성점에 피뢰기를 설치한다.

모선의 절연

-. 대지간

도체와 대지간의 섬락특성을 상회하는 정격기준 BIL

-. 상간

정격 BIL의 150% 정도로 한다.

전자력에 의한 횡진을 고려하여 최소절연간격 유지

제어,통신회로, 소내전등회로 등

-. 차폐 또는 피뢰기 설치

기기의 절연강도

기준충격 절연강도 BIL(Basic Impulse Insulation Level)

-. 기기절연을 표준화하고 통일된 절연체계를 구성한다는 목적으로 절연계급을

설정하고 각 절연계급에 대응해서 제정한 기준 충격 절연강도를 말하며, 일반적으로

피뢰기 제한전압의 20~50% 증가로 설치한다.(변압기 절연의 BIL과 동일하게 된다)


즉, 기기의 충격 절연강도의 보증치로서 이의 80% 이하의 전압이라면 반복해서

인가해도 오랜세월을 견딜 수 있다는 보증치.

충격파 표준형은 1.0×40㎲, 1.2×50㎲(한국에서 적용) 등이 있다.

[표] 전력기기의 종류별 절연강도(BIL)

정격전압㎸ 3.3 6.6 22

유입변압기절연계급 A 45 60 150

절연계급 B 30 45 125

건식 변압기 25 35 95

고압 전동기상용주파 내 전압 7.6 14.2 -

충격파 내 전압 13.6 25.2 -

A레벨 : 표준레벨

B레벨 : 저 레벨, 뇌서지 침입빈도가 적을 때

Noise 일반사항

개요

-. 모든기기에 전류가 급격히 변화하면 이에 따른 전자노이즈가 발생하게 되며, 재래식

조명기기의 경우에는 주로 기동시 과도현상에 의한 장해였으나 최근의 전자식 기기는

반도체 스위칭 소자를 사용하여 고주파를 이용하게 된다. 그러나 이러한 종류의

전원은 많은 장점을 가지지만 동작하는 동안 중대한 전자노이즈의 발생원인이 되고

또한 노이즈의 전자적인 작용은 전자적인 환경과 접한 관계를 가진다.

노이즈란 전자파 장해(EMI : Electromagnetic Interference)라고 하며, 희망하는

수신신호에 간섭을 일으켜 손상을 주는 현상이다

1) 전자환경성(EMC)의 개요

-. 전력기기나 전자통신장비는 그 접속되는 전력선이나 신호선에서의 전도 그리고

공간을 통하는 전자방사에 의하여 상호 방해나 간섭을 받을 가능성이 있다. 이와같은


문제를 전자환경성이라 한다. 전자환경은 여러 가지 복잡한 요소로 구성되며, 다음과

같다.

① 장치의 설치장소

-. 쉴드 또는 접지 조건

-. 인접기기의 종류, 이격거리 등

② 전원계통에 관계되는 환경

-. 전원의 종별, 전압의 등급

-. 접지점에서 본 내부 임피던스

③ 장치에의 신호선로

-. 신호선로의 종별, 부설 상황, 필터의 유무 등

노이즈의 장해현상

1. 유도장해

-. 전기설비는 주변환경으로부터 전압,전류의 왜곡 전계,자계 등 전자기 현상으로 방해

또는 전자왜란을 받게 된다. 이러한 장해는 전원선이나 통신선을 통해 침입하는

전도적 장해와 전자파의 형태로 장해를 주는 방사적 장해로 구분한다.

정전유도 :

전력선의 전압에 기인한다. 특히

고전압일수록 그영향이 커진다.(전력선과

통신선의 상호 커패시턴스에서 기인)

전자유도 :

전력선의 전류에 기인한다.특히, 지락시(상호

인덕턴스에서 기인)

1-2. 전도적 장해

1. 전원선


전압변동

-. 부하 운전상태의 변화에 의해 수전점의 전압이 변화하는 것으로서,

-. 전원 주파수에 대해 변동주파수가 낮으면 영향이 적으나 10㎐ 정도이면

조명,TV등에는 떨림 현상이 생긴다.

순시전압강하

-. 낙뢰,단락,재폐로동작 등에 의해 크게 전압이 저하하는 현상.

-. 전자장치의 전원회로에 영향을 주며, 특히 컴퓨터 등에 대책을 요한다.

고조파

-. 전력변환 부하장치 등 비선형부하에서 발생되는 고조파전류에 의해 계통의 공진 등

전압왜곡을 일으킨다.

-. 공진을 일으키기 쉬운 병렬콘덴서와 역상전류를 일으키는 유도기기에서는 특히

주의를 요한다.

과도현상

-. 개폐서지등 모든 전기기기에서 발생하는 과도현상에 대한 영향은 설비의 접지상태에

따라 달라진다.

-. 전자화된 전력기기의 영향을 미치며, 서지업서버 등으로 보호하고 있다

2. 통신선

순시 정전

-. 계통 전환조작 등으로 인한 전압의 순시저하현상.

-. 전자기기와 방전등 등에 영향을 미친다.

유도뢰 서지

-. 장거리선로의 경우 유도뢰에 의한 서지전압이 통신선에 침입한다.


-. 통신선과 전원선이 공동접지되지 아니한 경우에는 피뢰기의 동작에 의해 기기내부에

이상전압이 발생할 가능성이 있다.

유도전압

-. 교류전원선과 통신선이 전자기적으로 결합되어 있는 경우에 교류전류에 의해

통신선에 유도전압이 나타나며, 크기는 주파수에 따라 달라진다.

타 기기의 잡음

-. 통신기기가 다른 기기와 직접 접속되어 있는 경우 다른 기기의 동작에 따라

다른기기의 신호가 잡음으로 되는 경우가 있다.

방사적 장해

-. 전자방사로 인한 설비에의 영향을 말하며, 방사전자파는 전자회로나 기기의

내부부품과 쇄교하여 전압 또는 전류를 유도하고 전기설비의 동작에 방해를 준다.

외부방송의 전자방사

-. 주파수의 영역과 강도가 일정하나, 최근의 이동통신과 트랜시버 등은 그 사용상태에

의해 상당히 큰 방해를 발생한다.

타 기기의 전자방사

-. 전자기기의 동작으로 인한 전자방사를 말하며 특히 고주파기기의 경우 동일설비

내에서 기기간에 상호방해가 발생되고 있다.

정전기에 의한 방전

-. 정전기의 방전시 발생되는 방사성 전계를 말하며, 전자기기에 영향을 초래한다.

과도현상에 의한 방사


-. 모든 전기기기의 동작시 발생되며, 전자기기에 영향을 초래한다.

방전에 따른 전자방사

-. 용접기 등 방전을 이용한 장치를 사용할 때의 방사성 장해를 말하며, 전기설비에

영향을 초래한다.

전원의 노이즈 대책

1. 수전 설비

피뢰기

-. 낙뢰, 지락, 단락, 스위치의 개폐 등에 의해 발생하는 피크값이 큰 전원노이즈를

제한한다.

차단기

-. 개폐서지가 적은 것으로 선정.

-. 서지 업서버 설치.

3. 전력용 변압기

-. 정보기기 전원용 변압기를 별도로 설치한다.

-. 용량을 여유있게 선정한다.

4. 정보기기 전원용 간선

-. 별도회로로 구성한다.

-. 굵기는 여유있게 선정.

-. 케이블의 경우 가급적 다심케이블을 사용한다.

-. 부스덕트의 경우 저 임피던스형으로 한다.

-. 차폐(금속관로로 배선하고 접지) 및 접지.

-. 다른 전선과 충분히 이격한다. 전원설비 강의 080918.hwp 214

-. 고조파 발생기기, 방전등용 안정기는 고주파 발생율이 적은 것을 사용.

-. 고조파 발생율이 큰 부하는 별도의 간선으로 분리.

-. 일반적인 고조파 기기의 고조파 발생율은 35% 이하로 되어 있다.

정보기기 전원용 분기회로

-. 시그날 선에 Twist pair선을 사용 한다.

-. Common Mode Choke(막대 모양이나 고리모양의 철심에 전원의 왕복 2선을 충분히

절연하여 동일방향 동일권수로 감은 것)를 설치하여 왕복전류에 의해 생기는 자속을

서로 상쇄 시킨다.

-. 노이즈 컷 트랜스를 설치하여 변압기의 상호 임피던스 및 권선간의 분포용량에 의한

정전유도 효과 방지.

-. 필터를 설치하여 노이즈를 흡수하여 제거한다.

-. 과전압 보호소자의 설치

시그날 선 : 직렬소자 사용(Inductor, 저항기(수십Ω), Posistor)

전원회로 : 병렬소자 또는 직,병렬소자 사용(Varistor, Zenner Diode, Arrester, Trasob

Sp Diode) -. 차폐시킨다.

유도전압 경감대책


1. 상호인덕턴스를 감소시킨다

-. 송전선과 통신선 간격을 이격하고, 송전선과 통신선과의 교차를 가급적 직각으로

한다.

2. 차폐계수를 감소시킨다

-. 통신케이블에 강대 외장케이블을 사용

-. 통신 케이블을 금속관에 넣는다.

-. 통신 케이블에 알루미늄피 유도 차폐케이블 사용

-. 차폐선을 시설한다.

3. 회선의 대지에 대한 임피던스를 높여 평형도를 개선한다

-. 억압선륜을 삽입.

4. 차폐선과 통신선간 상호임피던스를 증대시켜 전자차폐효과를 증가시킨다.

5. 가공지선의 저항을 감소시킨다

-. 도전성이 좋은 가공지선을 사용

-. 가공지선을 굵은 것이나 2조로 한다.

6. 통신선에 적절한 피뢰기를 설치한다

전자유도장해의 방지대책

1. 근본대책

-. 유도전류를 줄인다

-. 송전선과 통신선간 상호 인덕턴스를 줄인다.

-. 양 선로의 평행길이를 줄인다.

-. 유도장해를 받게 되는 시간을 줄인다

2. 전력선측 대책

-. 이격시킨다(가능한 통신선로에서 멀리 떨어지게 한다)

-. 비 접지화 - 중성점을 저항 접지시 저항 값을 가능한 한 크게 한다.

-. 고장지속시간의 억제 - 고속도 지락 차단 보호한다.

-. 차폐선을 가설한다(송전선과 통신선사이를 차폐한다) 전원설비 강의 080918.hwp 216

3. 통신선로측 대책

-. 통신선의 도중에 중계코일(절연변압기)를 넣어서 구간을 분할한다.

-. 연피 통신케이블을 사용한다.

-. 통신선에 우수한 피뢰기를 설치한다.

-. 배류코일, 중화코일 등으로 통신선을 접지해서 저주파수의 유도전류를 대지로

흘리도록 한다.

번개(雷)의 발생과 벼락(落雷)

뇌운의 발생

-. 번개가 전기현상에 의한 것이라는 것은 240여년전 벤자민 프랭크린에 의하여

밝혀졌으나 본격적인 해명이 시작된 것은 1928년 Boys Camera에 의하여 번개가

사진으로 찍히기 시작하고 부터다.

-. 번개를 발생 시키는 뇌운은 주로 적란운(積亂雲)이며, 상층과 하층의 대기가 불안정할

때 발생하게 된다.

-. 뇌운의 발생은 여러가지 설이 있지만 크게 3종류로 분류 해보면

C.TR Wilson의 선택 접촉설 ,

Schal fer의 빙정 대전설 ,

G.C Simpson의 수적분열설이 있다.

C.T.R Wilson의 선택 접촉설

-. 물방울이 무거워 낙하하면서 분극 현상이 일어난다. 『 + 』이온을 만나면 어내고

『 - 』 이온만 당겨 흡입하므로 물방울은 아래에서 『 - 』 이온을 가지고 있다.


G.C. Simpson의 수적 분열설

-. 물방울이 낙하하면서 공기와 마찰하고 물방울은 (수적) → 『 + 』이온 → 『 -

』이온으로 대전된다. 공기는 가벼우므로 위로, 물방울은 아래로 모이게 된다.

Schal fer의 빙정 대전설

-. 빙정의 밖 온도가 내부온도 보다 낮아지면 빙정이 팽창되어 파괴가 일어난다.

뇌의 종류

열뢰 :

한여름의 벼락 상승기류 → 마찰 → 전하분리(마른벼락)

계뢰 :

한냉전선뢰 : 찬공기가 밑으로, 더운 공기는 위로

온냉전선뢰 : 더운 공기는 밑으로

와뢰 :

태풍 저기압

뇌방전의 매커니즘 전원설비 강의 080918.hwp 218

-. 뇌는 한줄기 빛으로 보이지만 미크론적으로 보면 뇌가 실린 구름에서 공기절연이

파괴되어 선행방전(先行放電 : Step Leader)이 구름을 출발하여 진전과 휴지를

반복하게 된다.

-. 대지나 지상의 물체에 접근할때 대지나 물체에서 상향의 스트리머가 생기고 이

양자가 결합할 때 뇌운에서 대지 또는 물체에 이르는 방전로가 형성된다. 이러한

방전로에 대지측에서 많은 전하가 유입되어 주방전로가 생기고 뇌운 안의 전하가

중화 되지만 눈으로 볼 수 있는 휘도는 주방전(Return Stroke)때 생긴다.

-. 최초 낙뢰후 75% 이상에서 30~200ms 후에 재낙뢰가 발생하고 있다. 연속 낙뢰는

평균 3회이며, 20회까지 연속 낙뢰가 발생한 기록(AS1768-1992 Table A1.)도 있다

환경조건에 따른 낙뢰의 빈도 및 강도(지형)

1) 해변 :

바다를 거쳐온 바람과 구름은 육지를 만나면 상승기류를 형성하게 되며, 이때 구름도

이 상승 기류에 따라 상승을 하지만 수분을 많이 포함하고 있는 관계로 기류보다

상승 속도가 느려 땅과의 간격이 좁아지므로 인해 낙뢰가 많이 발생한다.

2) 강변 :

비가 오면 습기의 증발로 인하여 일반적으로 기온이 떨어지게 된다. 그러나, 강의

경우 상류에서 흘러내려오는 강물의 영향으로 주변 기온 보다 수온이 높다.


상대적으로 높은 수온은 주변보다 더 많은 습기를 띄게 되며, 이 습기가 낙뢰의 통로

역할을 한다.

3) 댐 및 저수지 :

많은 물을 저장하는 관계로 기온의 변화보다 훨씬 느린 수온의 변화는 주변에 다량의

습기를 배출하게 되고, 이 습기가 바람의 영향으로 주변으로 려 올라가면 낮게

깔린 뇌운과 상호 영향을 미쳐 낙뢰의 통로 구실을 한다.

4) 평야 :

평야 지역의 경우는 돌출된 작은 둔덕이라든지 구축물 등도 낙뢰의 가능성이 크며,

특히 평야가 끝나는 산 밑의 경우가 특히 낙뢰의 가능성이 큰 곳이다. 해변과 같은

이유로 낙뢰의 빈도와 강도가 크다.

5) 산 :

산꼭대기가 낙뢰의 빈도와 강도가 강할 것이라는 것은 맞다. 그러나 산골짜기가

산등성이보다 낮기 때문에 안전할 것이라고 흔히 생각하지만 이것은 맞지 않다.

등산을 좋아 하시는 분들은 높은 산에 올라갔을 때 구름이 골짜기를 타고 낮게 깔려

올라오는 것을 보았을 것이다. 골짜기의 밑에서 올라오는 바람은 골짜기가 좁아지고

위로 올라갈수록 상층부 기류의 압력이 강해져 구름의 도가 높아진 상태로 밑으로

깔리게 된다. 그로 인하여 골짜기의 돌출부는 산중턱보다도 훨씬 높은 강도의 낙뢰를

맞을 가능성이 크다.

환경조건에 따른 낙뢰의 빈도 및 강도(지질적인 영향)

-. 동일한 조건이라면 지하에 광맥이 있는 경우 낙뢰가 많다.

SMPS(Switching Mode Power Supply)

정전압 전원의 방식

-. 전자기기를 작동시키기 위해서는, 안정된 직류 전원이 필요

-. 정전압을 만드는 방식으로서는

상용의 교류전원으로부터 만드는(AC-DC) 방법과 BATTERY 등의 직류 전원으로

만드는 (DC-DC) 방법이 있다.

-. 입력(1차)과 출력(2차)이 절연된 것과 절연이 안된 것이 있다.

-. 정전압의 방식으로는 Switching 방식이 주류를 이루고전원설비 강의 080918.hwp 220

고효율이며 가벼운게 장점입니다.

일단 정류를 한 전압을 고주파의 교류로 변환한 다음 다시 직류로 만드는 관계로

NOISE가 큰 것이 단점

1. 돌입전류

-. 입력 전압을 인가하는 순간에 흐르는 전류의 최고치

2차측의 CONDENSER INPUT 정류 회로의 흐르는 전류와 0위상에서 투입할 때

TRANS가 포화해서 흐르는 전류이며, 정격 전류의 5배에서 10배의 전류가 흐릅니다.

AC-DC의 SWITCHING의 경우

입력 전압을 직접 CONDENSER INPUT 정류를 함으로 수십배 내지 수백배의

대전류가 흐릅니다.

돌입 전류 억제

a. 저항 제한 방식

-. 입력 Line에 저항을 삽입하는 것과 LINE FILTER의 저항을 이용하는 방법으로 상시

손실이 생김으로 소전력에서 사용.

b. THERMISTOR 방식

-. 입력 LINE에 THERMISTOR를 삽입하는 방식입니다. 전원 투입 초기에는 저항치가

높아 돌입 전류를 억제하고 통전 후에는 온도가 상승하여 저항치가 낮아져서 손실이

적어지는 특성을 이용


c. SCR 방식

SCR과 저항을 병렬로 연결한 회로

-. 최초에는 저항으로 돌입 전류를 억제하고 평활 Condenser의 충전이 완료되면 SCR을

ON해서 저항의 손실을 없애는 방식입니다.

최초의 투입시와 SCR이 ON할 때와 두 번의 돌입 전류가 흐른다

-. DC-DC CONVERTER의 경우

입력측에 대용량의 CONDENSER를 사용하고 있지 않아 대부분 돌입 전류 방지

회로를 사용 안하고 있다. 급격한 RISING 전압을 인가하거나 기계적 SWITCH로

ON-OFF할 때는 단시간이지만 돌입 전류가 흐르므로 주의가 필요하다

특수장소의 전기설비

-. 폭연성, 가연성 증기 및 폭연성,가연성 분진이 지속적 발생 또는 집적되는 장소로서

전기설비로 인한 발화, 사고파급되는 것을 방지하기 위해 전기설비의 안정성 확보를

위하여 기술기준에서 별도로 규정하고 있다.(내선규정에서 정하는 특수장소 :

가스증기 위험장소 / 분진위험장소 / 불연성먼지가 많은 장소 / 위험물 등이 존재하는

장소 / 화약고 등의 위험장소 / 부식성가스 등이 있는 장소로서 분진 위험장소를

가연성과 불연성으로 세분화하였다)전원설비 강의 080918.hwp 222

폭발 및 화재의 3 요소

-. 지역내에 가연성 가스나 증기가 존재해야 한다. (가연물질),

-. 가연성 가스나 증기가 연소 또는 점화가 가능한 정도의 산소 또는 공기와

혼합되어 있어야 하고 이 혼합물의 양은 설비 주위의 공기를 충분히 점화시킬 수

있는 양이어야 한다. (산소공급원, 산화제)

-. 혼합물이 점화되어야 한다. (점화원)

가. 위험장소의 분류�

- 인화성 물질의 증기 또는 가연성 가스가 쉽게 존재할 가능성이 있는 지역

- 인화점 40°C 이하의 액체가 저장, 취급되고 있는 지역

- 인화점 65°C 이하의 액체가 인화점 이상으로 저장 취급될 수 있는 지역

- 분진등이 발생하거나 분진이 기기의 표면 또는 바닥 등에 퇴적되는 지역

1. 가스, 증기 위험장소

-. 가연성가스 또는 인화점 40℃이하의 인화성 액체의 증기가 공기 중에 존재하여

위험한 농도로 된 장소 또는 그러한 우려가 있는 장소를 말한다.

0 종 장소

-. 위험 분위기가 통상상태에서 장시간 지속해서 존재하는 장소 및 지속적으로

위험분위기 생성우려 장소(폭연성 가스의 연속적, 장시간 지속장소)

-. 설비의 내부

-. 인화성 또는 가연성 액체가 존재하는 Pit의 내부

-. 인화성 물질의 증기 또는 가연성 가스가 지속적 또는 장기간 체류하는 곳

1 종 장소

-. 통상상태에서 위험분위기를 생성할 우려가 있는 장소 [폭발성가스의 집적우려장소,


간혹집적장소(수리,보수,누설 등) ]

-. 통상의 상태에서 위험분위기가 쉽게 생성되는 곳

-. 운전, 유지보수 또는 누설에 의하여 자주 위험 분위기가 생성되는 곳

-. 설비일부의 고장시 가연성 물질의 방출과 전기 계통의 고장이 동시에 발생되기 쉬운

곳

-. 환기가 불충분한 장소에서 설치된 배관계통으로 배관이 쉽게 누설되는 구조의 것

-. 주변 지역보다 지대가 낮아 가스나 증기가 체류될 수 있는 곳

-. 상용의 상태에서 위험 분위기가 주기적 또는 간헐적으로 존재하는 곳

2 종 장소

-. 이상 상태에서 위험 분위기 생성우려 장소로서 옥내가 1종장소가 되기 쉬운장소라

할지라도 옥외로 하면 2종장소로 볼 수 있는 경우가 많다.

-. 환기가 불충분한 장소에서 설치된 배관 계통으로 배관이 쉽게 누설되지 않는 구조의

것

-. Gasket, Packing 등의 고장과 같이 이상 상태에서만 누설될 수 있는 공정 설비 또는

배관의 환기가 충분한 곳에 설치될 경우

-. 1종 장소와 직접 접하고 개방되어 있는 곳 또는 1종장소와 Duct, Trench, Pipe

등으로 연결되어 이들을 통해 가스나 증기의 유입이 가능한 곳

-. 강제 환기 방식이 채용되는 곳으로 환기설비의 고장이나 이상시에 위험 분위기가

생성될 수 있는 곳

방폭기기의 종류

-. 전동기

-. 제어기

-. 차단기 및 개폐기류

-. 조명기구류

-. 계측기류


-. 전열기

-. 접속기류

-. 배선용기구 및 부속품

-. 전자변용전자식

-. 차량용축전기

-. 신호기

-. 기타 불꽃 또는 고열을 수반 하는 전기기계,기구

내압(耐壓) 방폭구조

-. 전기기기의 용기 속에 폭연성 가스가 들어가기 어려운 전폐구조로 되어 있고 용기

내부에서 점화,폭발하여도 파괴되지 않는 구조.(용기가 그 압력에 견디고 또한 외부의

폭발성 가스에 인화될 우려가 없는 구조)

내압(內壓) 방폭구조

-. 전기기기의 용기 속에 청정한 공기 또는 불활성 가스를 압입하여 내압을 유지시켜

외부로부터의 폭발성 가스의 침입방지하는 구조로서,통풍식, 봉입식, 봉식이 있다.

안전증 방폭구조

-. 상시운전중에 불꽃,아크 또는 과열이 생기면 아니 되는 부분에 이들이 발생되는 것을

방지하도록 구조적,전기적 온도상승에 대하여 특히 안전도를 증가시킨 구조.

유입(油入)방폭구조

-. 전기기기의 불꽃,아크,고온 또는 발화원이 될 수 있는 부분을 油中에 둠으로서 폭발성

가스와 격리한 구조.

본질안전방폭구조

-. 상시운전중이나 사고시에 발생되는 불꽃,아크,열에 의해 폭연성 가스에 점화되지


않는 것을 기타의 방법에 의해 확인된 구조.

비점화 방폭구조

-. 정상 동적 중 주변의 폭발성 위험분위기에 점화되지 않고 점화시킬 수 있는 고장이

유발되지 않도록 한 구조

몰드 방폭구조

-. 점화원의 구성 부분을 폐시킨 구조

충전 방폭구조

-. 점화 가능 부위는 분말등으로 충전하여 점화에너지를 소호하는 구조

분진방폭구조

보통방진 방폭구조

-. 분진이 용기내부로 침입하기 어렵게 한 구조

특수방진 방폭구조

-. 분진이 용기내부로 침입하지 않도록 한 구조

분진방폭 특수방진구조

-. 폭연성분진이 존재하는 장소에서도 사용할 수 있도록 특히 방폭성을 높인구조.

특수 방폭구조

-. 상기 이외의 구조로서 폭발성 가스의 인화를 방지할 수 있다는 것이 시험기관에 의해

확인된 구조.

방폭전기설비의 전기적 보호

-. 방폭전기설비에서 전기회로가 과전류, 단락, 지락, 온도상승 등에 의해 이상이 발생할

우려가 있는 경우에는 이것을 조기에 검출하여 제거함으로써 전기설비가 화재의

점화원이 되는 것을 방지할 필요가 있다.


1, 과전류 보호

-. 전로에 과전류가 흐를 경우 즉시 그 전로를 자동적으로 차단하는 보호시스템을

설치한다. 단, 2종장소의 저압회로로서 점화원이 될 가능성이 극히 적은 경우에는

자동경보방식의 것으로 할 수 있으며 이 경우 관리자가 조기에 그 원인을 파악하여

제거할 수 있어야 한다.

2. 단락전류보호

-. 전로에 단락전류가 흐를 경우 이를 즉시 검출하는 장치를 시설하고, 또한 사고전로를

계통에서 자동으로 분리할 수 있는 보호시스템을 설치하여야 한다.

3. 지락보호

3-1. 접지식 저압전로

-. 1선에 지락이 발생한 경우에 원칙적으로 즉시 전로를 자동적으로 차단하도록

지락차단기(감도전류는 30㎃ 이하의 것)를 설치하여야 한다. 단, 2종장소의

전자회로에서 1선에 발생한 지락이 점화원으로 될 가능성이 극히 적은 경우에 한하여

지락자동경보장치에 의할 수 있다.

3-2. 비접지식 저압전로

-. 1선에 지락이 발생한 경우에 원칙적으로 즉시 전로를 자동적으로 차단하도록

지락차단기(감도전류는 30㎃ 이하의 것)를 설치하여야 한다. 단, 2종장소에는 극히

경미한 지락도 감지할 수 있는 지락자동경보장치를 설치하는 경우에는 자동차단하지

아니할 수 있다. 또한 1선에 발생한 지락이 점화원으로 될 가능성이 극히 적은

경우에 한하여 지락자동경보장치를 생략할 수 있으며, 이 경우 지락점을 검출하고

가능한 한 그 부분의 전로를 차단하여 지락을 제거하여야 한다.

4. 고압전로에서의 지락보호

-. 특수장소내에 설치된 고압전로는 지락이 발생한 경우 즉시 전로를 차단하도록

지락차단장치를 설치하여야 한다.


5. 보호접지

-. 특수장소에 설치되는 기기 및 배선의 노출 도전성 부분은 제1종~제3종 접지공사를

한다.

-. 접지선의 굵기는 예상최대지락저류를 안전하게 흘릴 수 있어야 한다.

-. 내압방폭, 안전증방폭 금속관배선에 있어서 접지선은 전선관내를 통과하여 단자함

내의 내부접속단자에 접속하여야 한다. 단 전선관이 예상 최대지락전류를 안전하게

흐르게 할 경우에는 전선관을 접지선으로 이용할 수 있다. 이 경우 나사 결합부에는

원칙적으로 본딩을 할 필요가 없다.

-. 다심형 케이블에 있어서는 선심의 1개를 접지선으로 사용하고 단자함의

내부접지단자에 접속하여야 한다. 단, 케이블의 금속외피로 예상 최대지락전류를

안전하게 흘릴 수 있는 경우에는 이것을 접지선으로 할 수 있다.

-. 별도의 접지선을 이용하여 배선할 경우 이 접지선은 보호관 등에 의해 충분히 외상에

대한 볼호조치를 하여야 한다.

-. 이동전기기기의 배선에 있어서는 이동전선 1개의 심선을 접지선으로 사용하고 그

단자를 각각 단자함 또는 차입접속기의 플러그 내부 접속단자에 접속하여야 한다.

-. 접지선과 접지단자와의 접속은 풀림, 단선 등이 없도록 특히 주의한다.

-. 접지선으로 사용하는 전선 또는 심선은 그 절연피복이 녹색과 황색의 줄무늬 모양을

사용하여야 한다. 이것이 곤란한 경우에는 녹색의 전선 또는 그 접속부분에 같은

색의 테이프를 감아서 사용한다.

6. 등전위 접지

-. 도전성 부분간의 전위차에 의한 스파크발생 및 발생된 정전기의 신속한 방전을 위해

방폭지역내의 모든 도전성 부분은 Bonding 등에 의하여 전위가 동일해 질 수 있도록

하여야 한다. 단, 전선관이 예상 최대지락전류를 안전하게 흐릴 수 있는 경우에는

본딩을 생략할 수 있다.

수요전력(DEMAND)의 기본이론


1) 수요전력(DEMAND)의 정의

-. 수요시한동안 측정된 전력의 평균값을 말하며 다음 식으로 표현된다.

-. 수요전력(Kw) = 수요 시한내 사용전력량(Kwh)/수요시한(h)

-. 여기서 수요시한은 평균전력을 구하기 위하여 정해진 시간의 길이로 국내의 경우

15분으로 설정되어 있으며, 최대수요전력제어기가 사용전력을 연산하고 부하를

제어하는데 기본이 되는 시간으로 정의된다.

2) 최대수요전력제어(DEMAND CONTROL)의 필요성

-. 근래에 들어 설비의 고급화, 대형화 등으로 전력소비가 급격히 증가하면서 전력

예비율의 절대 부족현상이 발생하고 있어 최대수요전력의 효율적인 관리의 필요성이

증가하였다. 또한 전기사용 수용가 측에서는 생산활동과, 사업활동 등을 원활하게

추진하면서 합리적인 전력사용을 통해 전력요금을 절감하기 위한 방법으로

전력사용량의 절감, 피크전력의 억제, 부하 평준화 등을 도모하고 있다.

-. 최대전력을 절감할 수 있는 방법으로는 디맨드 콘트롤러에 의해 최대수요전력을

억제하는 방법과 조업방식, 공정의 변경, 전력소비가 적은 생산시스템으로의 이행

등이 있다.

-. 현재 한국전력공사의 전력요금은 시간대별, 계절별 차등요금을 적용하고 있으며

요금수준의 차등 폭을 확대하여 최대수요의 절감효과를 제고하기 위하여 기본요금

산정시 최대수요전력을 기준으로 부과하므로 전력요금의 절감을 위해서는

최대수요전력제어 방식의 도입이 고려되고 있다.

3) 최대수요전력제어방식

가. 피크컷트(Peak - Cut) 제어방식

-. 어느 시간대에 집중하는 부하가동을 다른 시간대로 옮기는 것이 생산공정상 곤란한

경우, 목표전력을 초과하지 않도록 일시적으로 차단할 수 있는 일부 부하를 차단하는

방식.

나. 피크 쉬프트(Peak - Shift) 제어방식


-. 최대수요전력을 구성하고 있는 부하 중 피크시간대에서 다른 시간대로 옮길 수 있는

부하를 검토하여 피크부하를 다른 시간대로 이행시키는 방법이며, 심야전력을

이용하는 빙축열 냉방 시스템이 적용되고 있다.

-. 빙축열 냉방 시스템은 심야전력을 이용하여 야간에 얼음 또는 냉수를 생산,

저장하였다가 낮시간대의 냉방에 이용하는 냉방방식으로 최근 정책적으로 자금지원

및 기술지원을 통하여 보급을 촉진하고 있다.

다. 설비부하의 프로그램 제어방식

-. 디맨드 콘트롤러(Demand Controller)가 이용되고 있으며, 디맨드 제어에 의한 피크

전력을 억제하기 위하여 마이크로 프로세서를 내장시킨 고도의 감시제어 기능을 가진

최대수요전력감시제어 장치이다.

-. 항시 전력 부하의 상태를 감시하고 있다가 우리나라의 수요시한인 15분 내에 미리

설정된 목표전력의 초과가 예상되면 경보신호를 발생시킴과 동시에 일시적으로 차단

가능한 부하를 프로그램된 순서에 의해 최대 8회로까지 차단시켜 최대수요전력의

상승을 억제하고, 부하가 감소하면 다시 미리 입력된 프로그램에 의하여 순차적으로

부하를 투입시키는 방식이다.

라. 자가용 발전설비의 가동에 의한 피크제어방식

-. 목표전력을 초과하는 최대수요전력에 해당하는 부하를 자가용 발전설비로 분담하게

하는 방식이다. 부하특성을 면 히 검토하여 자가용 발전설비의 전원공급에 의하여

최대수요전력의 상승을 억제한다.

4) DEMAND CONTROLLER의 적용시 고려사항

가. 제어대상

-. 최대수요전력 제어를 목적으로 하는 제어대상기기는 일반적으로 수용가의 업종에

따라 달라지나 주로 냉방설비, 콤프레셔, 조명, 기타 단시간 정지가 가능한

부하설비가 고려되고 있다.

나. 제어부하의 선택


-. 일반 업무용 시설의 경우 냉방설비 및 관련기기와 조명설비, 공조설비를 주 대상으로

하고 있으나, 공장의 경우에는 생산활동에 영향을 주지 않아야 제어대상기기 선정 시

신중한 주의가 요망된다.

다. 부하제어 방법

-. 제어대상 부하설비, 조업의 형태에 따라 자동 부하 제어 방식과 수동 부하제어

방식으로 나눌 수 있다.

가). 수동 부하제어

-. 공장등의 생산설비 등과 같이 자동 부하제어가 곤란한 설치환경인 경우 디맨드

콘트롤러의 예비 경보기능 및 차단 경보 신호 발생 시 부하설비의 가동 상태에 따라

선별적으로 부하를 선별적으로 차단하는 방식이다. 이러한 수동부하제어 방법은

부하제어를 위한 연락방법, 부하를 제어하는 데 소요되는 예상시간, 대상부하를

제어하는 담당자 등을 결정하여야 한다.

나). 자동 부하제어

-. 피크 전력을 억제하기 위하여 마이크로 프로세서를 내장시킨 고도의 감시제어 기능을

가진 디맨드 콘트롤러에서 항시 전력 부하의 상태를 감시하고 있다가 미리 설정된

목표전력의 초과가 예상되면 경보신호를 발생시킴과 동시에 일시적으로 차단 가능한

부하를 프로그램된 순서에 의해 최대 8회로까지 차단시켜 최대수요전력의 상승을

억제하고, 부하가 감소하면 다시 미리 입력된 프로그램에 의하여 순차적으로 부하를

투입시키는 방식이다.

충전은 초기충전과 일상충전으로 나눌 수 있다.

1. 초기충전

초기충전이란 축전지에 아직 전해액을 넣지 않은 미충전 상태의 축전지에 전해액을

주입하여 처음으로 행하는 충전을 말한다.

2. 일상충전(또는 유지충전)


사용과정에서의 충전을 말하며 다음과 같은 종류가 있다.

가. 보통충전 : 필요할 때마다 표준 시간율로 소정의 충전을 하는 방식.

나. 급속충전 : 비교적 단시간에 보통 충전전류의 2 ~ 3배의 전류로 충전하는 방식

다. 부동충전 : 축전지의 자기방전을 보충함과 동시에 상용부하에 대한 전력공급은

충전기가 부담하도록 하되 부담하기 어려운 일시적인 대전류부하는 축전지로 하여금

부담케 하는 방식이다. 일반적으로 거치용 축전지설비에서 가장 많이 채용하는

방식이다.

라. 균등충전 : 장기간에 걸친 충전으로 인하여 각 축전지간에 전압이 불균일하게

된다. 이것을 시정하기 위해 과충전을 하는 방식이다. 즉, 각 전해조에서 일어나는

전위차를 보정하기 위하여 사용된다.

부동충전방식

1. 축전지가 항상 완전 충전상태에 있다.

2. 정류기의 용량이 적어도 된다.

3. 축전지 수명에 좋은 영향을 준다.

축전지의 균등충전

-. 단전지 사이에 비중이 일정치 않거나 전압이 일정치 못할 때 축전지에 충전해주는

특수한 방법이다.

(1) 실시시기

① 3개월에 한번씩

② 만충전시 비중값이 0.01상 떨어졌을 때

③ 축전지 평균전압이 0.05V 이상 떨어졌을 때

④ 급방전후 짧은 시간에 재충전할 때

(2) 방법


① 정전류 균등충전: 축전지용량의 1/20 정도의 전류로 전압과 비중이 일정할 때까지

충전한다.

② 정전압 균등충전: 통신용, 발전소, 변전소의 고정형 축전지에 사용하는 방법

축전지대상부하

-. 소방법 및 보안유지 : 유도등, 비상등, 최소조도 확보용 비상전원

-. 전력설비 원격제어전원 : 조작용 전원, 감시반전원

-. 비상제어용 조작전원 : 전화교환장치, 전기시계, 비상방송, 통신, 신호전원,

화재경보장치 전원 등

-. 비상용 무정전전원장치

축전지의 종류

-. 내부구조에 따라 연축전지, 알카리 축전지로 구분되며 태양전지, 연료전지 등이

개발되고 있다.

-. 제조방법에 따라 건식축전지와 습식축전지로 대별되며 양쪽 모두 구조상의 차이는

없으며 건식 축전지는 초충전 없이 바로 사용이 가능하다.

1. 연축전지

-. 묽은 황산속에 과산화연 (PBO2)과 연(Pb)을 침적하면 과산화연과 연과의 사이에

2.2~2.8V 정도의 기전력이 발생되며 공칭전압은 셀당 2V 정도이다. 개로전압은

전해액비중 및 온도에 따라 약간의 차이가 있기는 하지만 대략 비슷하다.

1-1. 클레드식(CS형) : 완만한 방전형

1-2. 페이스트식(HS형) : 급 방전형

-. OPEN TYPE : 가스제거장치가 없는 것으로 종래의 개방형에 해당

-. VENTILATE TYPE : 배기전에 필터를 설치하여 산수방출을 방지한 구조.

충전중에 발생하는 가스로 인하여 올라오는 환산무를 걸러 황산분은 축전지로 되돌려


보내고 가스만 배기공을 통하여 배기기키는 구조.

-. SEALED TYPE : 산,알카리 가스가 나오지 못하게 한 구조로서 증류수의 보충이

필요치 않은 구조. (무보수 폐형)

환수촉매장치가 있어 축전지 충전중 내부에서 발생되는 가스를 특수 촉매에 의해

수증기로 변환시켜 촉매장치 외기내벽에 의하여 냉각시켜 물로 환원하여 다시

전지내로 되돌려 보내는 구조로 되어 있다.(HS-E형과 PS-E형이 있다)

화학 반응식

Pbo₂+ 2H₂So₄ + Pb

방전

PbSo₄ +2H₂O +PbSo₄→←

충전양극

(과산화연판)

전해질

(묽은황산)

음극

(연판) 양극판 전해액 음극판

충전방식

-. 충전방식에는 트리클(유지)방식과 플로트(부동)방식이 있으며 최근에는

건축전기설비에서는 부동충전방식을 거의 사용하고 있다.

1. 보통 충전방식

-. 필요할 때 표준시간율로 소정의 충전전류를 충전하는 방식.

2. 급속 충전방식

-. 단시간에 충전전류의 2~3배로 충전하는 방식.

3. 균등 충전방식

-. 부동충전을 유지하면 완전충전 상태로 유지되지만 축전지 개개의 특성에 따라 자기

방전량에 차이가 생기고 개개의 부동충전전압은 상이하므로 장기간 부동충전시

충전부족 상태의 것이 나온다. 이 불균형 시정을 위하여 일종의 과충전인 균등충전을

할 필요가 있다. 즉, 균등충전이란 각 전지간의 전압을 균등하게 하기 위해 3주에


1회정도 축전지 공칭전압의 120~125%의 정전압으로 10~12시간 충전하는 방식.

4. 부동 충전방식

-. 상시부하전류는 정류기가 부담하고 순시

대전류는 충전기와 축전지가 분담하며,

정전시에는 축전지가 전 부하를 부담하고,

정전회복 후에는 정류기가 충전과

부하전류를 부담하게 된다.

따라서 정류기 출력전류 = 충전전류 +

상시부하 최대전류가 필요하다.

-. 부동충전시 과중천으로 인해 축전지 수명이

단축될 수 있고 부족 충전으로 전해액 비중이

저하되어 용량부족현상이 발생하므로

실험결과 아래 표와 같이 규정전압으로

충전한다.

5. 세류 충전방식(트리클 충전방식)

-. 축전지의 자기방전을 보충하기 위해 부하를 제거한 상태로 늘 미소전류로 충전하는

방식

자기방전 : Self Discharge

-. 충전된 2차전지가 방치해 둔 시간과 함께 용량이 감소되어 저장된 전기에너지가

전지內에서 소모되는 현상으로, Zn 보다 단극 전위가 높고 수소 과전압이 낮은

불순물 Cu등이 존재하면 국부 전지가 형성되어 순환전류가 흘러 Zn이 소모되면서

생긴 H2가 양극으로 이동하여 양극의 활성물질과 반응한다. 또한 누설전류에 의한

방전이 발생한다.


6. 전자동 충전방식

-. 정전압 충전의 결점(충전초기 대전류)을 보완하여 일정전류로 자동 전류제한하는

장치를 부착한 충전방식으로 보수유지에 유리하다.

(정전압장치와 자동회복 충전장치가 필요하다)

7. 초충전

-. Dry-uncharged type 은 전해액을 주입하여도 축전지는 방전상태에 있으므로

사용전에 충전하여야 한다. 축전지는 전해액 주입전 대기중의 산소, 탄산개스와

반응하여 산화연, 탄산연으로 변화된다. 주입시 전해액과 결합하여 PbSO4로 되므로

장시간 충전하여 Pb 로 활성화할 필요가 있으며 다음과 같이 실시한다.

-. 주위온도 30℃ 이하에서 실시

-. 주입후 1~2 시간후 재보충

-. 초충전은 규정용량의 약 400%에 달할 때까지 계속한다. 즉 10시간율 공칭용량의

1/20의 전류로 80시간 이상, 1/10의 전류로 40시간 이상 충전한다.

연 축전지와 알카리 축전지의 비교


구 분 연 알카리

종류- 클레드식

- 페이스트식

- 포켓식

- 소결식

공칭전압(V/CELL) - 2.0 - 1.2

CELL 수 - 52~55개 - 80~85개

최대방전전류 - 1.5C - 2C(포켓), 10C(소결)

전기적 강도 - 과충전,과방전에 약하다. - 과충전,과방전에 강하다.

충 전 시 간 - 길 다 - 짧 다온 도 특 성 - 열 등 - 우 수수 명 - CS 형 : 10~15년

- HS 형 : 5~7년- 20~30년

공 칭 용 량 - 10시간 율 - 5시간 율

가 격 - 유 리 - 고 가용 도 - 장시간 일정전류부하 - 단시간 대전류 부하

기 타- 부식가스를 발생

- 전해액의 비중에 의해 충,방전을 알

수 있다.

- 충 방전 전압의 차이가 적다

- 부식가스 없음

- 저온 특성이 좋다.

- 보존이 용이하다.

- 고율 방전특성이 좋다.

충 전 : 축전지에 외부전원에서 전류를 공급하여 극판활물질을 화학변화시켜

축전지내에 전기에너지를 화학에너지로 축적하는 조작.

초충 전 : 미충전축전지의 최초의 충전을 말한다. 전해액주입후 비교적 소전류로

장시간통전하여 활물질을 충분히 활성화할 것.

회복충전 : 방전한 축전지를 차회의 방전에 대비해 용량이 충분히 회복할 때까지 충전할

것.

보충 전 : 주로 자기방전을 보충하기 위해 충전. 연축전지로는 장기간 보존하는 경우

하절기에는 1개월에 1회, 동절기에는 2∼3개월에 1회정도 하는 것이 보통이다.

균등충전 : 여러개의 축전지를 1조로 하여 장기간사용하는 경우, 자기방전 등으로

발생하는 충전상태의 보충이 아니고 충전상태를 균일하게 하기 위해서 하는 일종의

과충전, 보통 충전전류의 1/2정도의 전류로 30∼50시간하는 방법이다.


과 충 전 : 완전방전상태에 도달한 후의 충전을 말한다. 가스발생에 의해 전해액이

급속히 감소한다. 연축전지에는 과전류가 계속되면 수명이 짧게 된다.

급속충전 : 응급적으로 용량을 약간 회복시키기 위해 대전류로서 단시간에 충전하는

방법. 상시하여서는 안된다. 일반적으로 급속충전기를 사용한다.

정전류충전 : 일정한 전류로서 하는 충전. 5∼10시간율의 일정전류가 흐르는 방법.

정전압충전 : 일정한 전압으로서 충전. 초기의 충전전류가 매우 크게되어 비경제적으로

일반적으로 사용하지 않는다. 전기 1개당 2.3∼2.5V의 일정전압을 가하는 방법.

정전류정전압충전 : 충전개시시는 일정한 전류로 충전하고 충전이 진행되어 축전지의

충전전압이 설정전압에 도달한 이후 그 일정한 전압으로 충전하는 방법. 설정전압은

가스발생전위보다 약간 높은 것이 보통이다.

트리클충전 : 축전지의 자기방전을 보충하기 위해 부하에서 끊어버린 상태로 늘

미소전류로 충전하여 놓는 것. 정전류법과 정전압법이 있다.

부동충전 : 정류기에 축전지와 부하와의 병렬로 접속하고 항상 축전지에 정전압을 가해

이것을 충전상태에 놓아서 정전시 또는 부하변동시에 무순단으로 축전지에서 부하에

전력을 공급하는 방식. 부동전압은 전지 1개당 2.15∼2.20V로 있으므로 전압에 의해

개수결정을 할때 주의가 필요하다.

전자화 배전반과 기존방식 배전반의 차이점

(1) 개요

-. 최근의 빌딩은 인텔리전트화 하면서 OA 부하의 증가

-. 층별 바닥면적에 대한 부하 도가 증가

-. 분기회로 공급면적 축소에 따른 분전반의 수 및 분기회로의 수가 증가

-. 건물자동화에 따른 감시, 제어, 계측 등이 용이한 전자화배전반의 필요성이 점차 증대

전자화 배전반의 특징

① 디지털방식(다기능 소형, 고정도, 고신뢰성)

② 고정 도 및 감시범위 확대

③ 시스템 내 감시측정값이 일치하여 일률적인 계통파악이 용이전원설비 강의 080918.hwp 238

④ 사고, 고장시 원인분석하여 사고재발방지(과전압, 과소전압, 과전류, 서지과도전압

등에 대한 파형 모니터링 분석가능)

⑤ 정확한 수요예측

⑥ 데이터베이스 구축으로 이력관리(일보, 월보, 연보)

⑦ 중앙감시반에서 모니터링하여 감시₩제어₩계측하므로 유지관리 보수성 증대

⑧ 대용량인 경우 PT, CT 설치만으로 다양한 파라메터계측, 감시기능 부여

⑨ RTU, SCADA, PLC와 통신이 가능하여 B.A화에 는 필수적임

⑩ 디지털방식으로 별도의 변환기 없이 고정도의 측정값계측

전자화 배전반의 필요성

-. I.B화에 따른 전기설비 관리 포인트는 건물이 다기능, 고기능화하면서 급속히

증가되고 있으며

-. 예방보전을 위해서는 정확한 현상파악이 될 때에 가능한 것이므로

-. 초기 설비투자시에 첨단기능을 부가시켜 건물의 부가가치를 향상시킴이

바람직하리라 본다

폐쇄 배전반

배전반의 개요

-. 큐비클(Cubicle)이란 말은 원래 입방체를 말하는 것

-. 함의 대부분이 철제로 이루어지고 있다.

-. 큐비클 내에 내장되는 기기를 완전히 철제로 감싸서 안전하게 제작하는 것을 METAL

CLAD형,

즉 폐쇄배전반이라고 한다.

-. ANSI나 IEEE에서도 'Metal Clad란 충전부분 (Conducting Parts)을 금속제 함(Metal

Casing)으로 완전히 폐시킨 구조의 것을 말한다'라고 정의하고 있으며 JEM은

'배전반이란 차단기, 개폐기 또는 이들의 조작, 측정, 보호, 감시제어기구 등을 서로

맞도록 갖추고 있으며 옥내배선, 부속부품과 지지 구조물을 함께 갖추고 있어서 발전,

송전, 배전, 변전, 동력전환계통을 운전하는데 필요한 장치를 총칭한다'고 정의하고


있어 각종 제어함을 포함하는 광범위한 범위를 배전반류에 속하는 것으로 보고 있다.

배전반의 종류

1) 제 어 반

-. 원격에서 전력계통을 일괄적으로 감시, 계측 및 조작할 수 있는 장치

-. 계통의 현재 상태를 신속 정확하게 파악하여 계통의 관리 및 안전사고를 예방하고

고장개소를 신속히 발견하여 기기의 원활한 운전을 가능하게 함으로써

소수인원으로 효과적인 계통의 관리를 할 수 있는 설비를 말한다.

1. 미국 NEMA 규격

-. 미국 NEMA(National Electrical manufacture Association)규격에 의하면

-. 차단기, 단로기, 기타의 기기를 단순히 접지강판으로 둘러싼 것을 일반 큐비클이라

하고

-. 외함뿐만 아니라 모선실, 단로기, 차단기실 등을 구분하여 각 실을 완전히

접지금속으로 격벽을 설치하고 차단기 등을 볼트 또는 너트류로 완전히 고정하여

두고 자동연결방식으로 되어 외부로 인출되어 나올 수 있도록 하여 차단기가

개방상태가 되지 않으면 인출이나 접속 등 입출을 할 수 없도록 상호 인터로크

장치가 완비된 배전함을 메탈클래드라고 규정하고 있다(E~G급)

계통 또는 발전기 중성점 접지방식

(1) 개요

-. 전력계통에 있어서 중성점 접지의 목적은

영상 임피던스의 크기에 따라 계통사고시의 지락전류와 건전상의 대지전압 상승률이

큰 영향을 받으므로 중성점 접지 임피던스의 값을 적당히 선택하여,

① 뇌 등에 의한 이상전압을 경감시킨다.

② 대지전위의 상승률을 억제하여 선로, 기기의 절연을 경감한다.

③ 중성점 접지 임피던스에 흐르는 지락전류를 검출하여 지락고장의 선택차단을

확실하게 한다.전원설비 강의 080918.hwp 240

④ 소호 리액터 접지방식은 지락점에서의 아크를 급속 소호시킨다.

-. 일반적으로 접지 임피던스가 낮을수록 이상전압을 저감시켜

절연레벨을 낮추며 피뢰기 동작책무를 경감시키고 보호계전기의 동작을 확실히 할 수

있는 이점이 있는 반면

큰 지락전류가 흐르기 때문에 과도안정도, 통신선에 대한 전자유도 고장전류의 차단

등에 좋지 않은 영향을 주는 결점이 있다.

중성점 접지방식의 종류

① 직접 접지방식

-. 변압기의 중성점을 임피던스를 넣지 않고 직접 대지전위(변전소의 주접지 mesh)에

접속하는 방식

-. 1선지락시 건전상의 대지전위는 거의 상승하지 않아 선로, 기기의 절연레벨을 대폭

경감할 수 있다.

-. 변압기의 중성점은 상시 대지전위로 유지되므로 권선의 단절연이 가능하여 변압기의

경제적 설계에 크게 기여하고 있다.

-. 지락전류가 크기 때문에 통신선에 전자유도장해나 기기에 큰 충격을 주어 계통운전을

불안정하게 하지만 고속 차단하는 것에 의해 고장 지속시간을 짧게 함으로써 해결할

수 있다.

② 저항 접지방식

-. 지락시의 이상전압을 방지하고 지락 보호계전기를 확실히 동작시키기 위해

변압기의 중성점에 저항을 넣어 접지하는 방식

-. 중성점 접지전류는 수십~수백A 정도로, 특히 수백A 이상의 경우를 고저항 접지라고

부르고 있다.

-. 케이블 계통 등에서는 대지충전전류를 보상하기 위해 중성점 보상 리액터를 병용하는

수가 있다.

③ 소호 리액터 접지방식


-. 중성점에 소호 리액터(발명자와 연관하여 패터슨 코일이라고도 부른다)라고 하는 air

gap부 철심 리액터를 설치하고 그 리액턴스와 계통의 대지 커패시턴스를

병렬공진시켜 영상 임피던스를 무한대로 하고 지락 고장전류를 0으로 하여

고장아크를 자연 소호시키는 방식

-. 주로 66~110kV 계통에 쓰이고 있다.

-. 보호계전기에 의한 고장구간의 선택을 확실히 하기 위해 병렬로 중성점 저항을

병용하는 병렬저항투입방식이 채용되는 경우가 많다.

④ 비접지방식

-. 어느 변압기의 중성점도 접지하지 않는 방식이다.

-. 33kV 정도 이하의 저전압, 소규모 계통에서 채용되고 있다.

-. 이런 계통에서는 대지 충전전류도 아주 적고 영구지락이 아닌 한 지락아크도 자연

소호하는 수가 많다.

-. 변압기를 ⊿－⊿결선으로 할 수 있기 때문에 변압기 1상 고장일 때 V결선으로 하여

송전을 계속할 수 있는 이점이 있다.

(3) 중성점접지방식 장단점 비교

항 목 비접지 직접접지 고저항 접지소호 리액터

접지건전상의

전압상승大小 중 최대(1.7배)

절연레벨 전절연 단절연 전절연 전절연지락전류 小 최대 중 최소

보호계전기 동작 곤란 확실 대 불가능유도장해 小 최대 중 최소

과도 안정도 大

최소 단, 고속차단

및 재폐로로 향상

가능

대 대

4) 중성점 접지방식 선정시 고려해야 할 사항

-. 이상전압의 억제, 전선로라든지 기기의 절연경감, 피뢰기 및 차단기 동작의 신뢰성 및 전원설비 강의 080918.hwp 242

확실성 등의 관점에서는 될 수 있는 대로 저임피던스로 중성점을 접지해서 고장시

고장전류 검출을 확실히 하는 것이 좋다.

-. 과도안정도의 증대나 전자유도 장해의 경감, 고장점의 손상저하 및 차단용량의

감소목적으로는 될 수 있는 대로 고임피던스로 중성점을 접지해서 중성점 전류의

값을 작게 할 필요가 있으므로 이들 사항을 충분히 검토해서 각 계통의 실정에

알맞은 접지방식을 채택해야


비교항목 비 접지식 고저항접지식 저저항접지식 직 접접지식 소호리액터접지식

결 선 도

유효접지전류

(지락전류)수백mA 정도 5~100A 정도 200A이상 수십~수천A 수 mA

적용계통 고 압 회 로특별고압회로,

고압회로특별고압회로 특별고압회로 저압회로 특별고압회로

1선지락시

건전상의 전압상승

케이블 계통에서 간헐 아크

지락에 의한 과전압이 발생.약간 크다. 적 다.

적다. 평상시와 거의

같다.크다. 적어도 3 배까지 올라

간다.

1선지락시

통신선의 유도장해 정도적 다 일반적으로 적다 일반적으로 크다

가장 크다. 고속도 차단

시스템 채용으로 보상가장 적다

1선지락시

계통 안정도좋 다 좋 다 약간 좋다 나쁘다. 좋 다

지락고장시

회로차단

자연소호 됨으로 차단 불요,

단 영구 고장시 회로차단

필요

차단 필요 차단 필요 차단 필요자연소호 됨으로 차단 불요, 단

영구 고장시 회로차단 필요

지락고장시

계전기 동작곤란할 경우가 있다. 확실 하다. 확실 하다. 가장 확실 하다. 불가능 하다.

지락고장시

기기손상적 다 일반적으로 적다 일반적으로 크다 가장 크다 가장 적다

계통운전계전기 적용이 곤란하므로

운전에 불편할 때가 있다.용이하다. 용이하다. 용이하다.

운전상황에 따라 탭 변경을 요함.

직렬공진에 주의를 요함.

절연비용 크 다 일반적으로 크다 일반적으로 적다 가장 적다 크 다.

초기 설비비 적 다 크 다 크 다 적 다 가장 크다.

설치공간 적 다 크 다 크 다 적 다 가장 크다.


수변전실 설계시 고려해야 할 사항에 대하여 설명하시오.

① 수전점에서 변압기 1차측까지의 기기구성을 수전설비

변압기에서 부하설비에 전원을 배전하기 위한 배전반까지를 변전설비라 하며,

양쪽을 총칭하여 수변전설비라 한다.

② 수변전설비의 설계는

전력부하설비에서 요구하는 양질의 전원(무정전, 정전압, 정주파수의 유지)공급을

목적으로 한 수변전 관련의 통합시스템 결정을 유도하기 위한 기획, 신기술의 도입.

조사 및 연구의 종합적인 기획업무를 말한다.

③ 수변전설비의 수납공간인 수변전실의 설계는 건물의 용도, 종류, 사용부하의

분포상태, 설비용량, 수전방식 및 전압에 따라 제약을 받는다.

④ 위치선정은

가능한 한 실제 사용부하를 중심으로 배전을 원할히 할 수 있는 장소로서 건축적,

전기적, 환경적, 방재계획, 경제적, 유지관리 및 보수, 장래성 등을 고려하여 선정함이

바람직하다.

수변전실 설계의 기획시 고려사항

① 수전점(책임분계점 또는 재산한계점)까지는 전력회사에서 사용전력에 따른 전압으로

공급되지만

수전점 이하에서는 자가용 전기설비로 부하설비에서 필요로 하는 정격전압으로

변성하여 안전하고 신뢰도가 높은 경제적인 배선으로 전압변동이 적은 양질의 전기를

공급할 수 있어야 한다. 그러므로 충분한 면적의 확보와 적정위치에 설계되도록 건축

및 관련설계자와 사전에 협의 결정하여야 한다.

고려사항

① 사용목적에 적합한 설비로서 법적(건축법, 소방법 등) 또는 전기설비기술기준에

적합할 것

② 신뢰성 확보 및 고장이 적은 설비

③ 설비의 계통구성이 운전 및 유지하는데 기능발휘의 지장이 없는 한 단순할 것


④ 노출충전부의 차폐나 오동작 또는 오부동작의 연동에 의한 피해가 없도록 구성하고

근무자의 안전성 확보를 고려할 것

⑤ 운전 및 보수점검을 합리적으로 할 수 있도록 충분한 공간확보와 기기배치를 검토

⑥ 장래의 부하증가에 따른 설비증설 및 개수에 대처할 수 있도록 기기배치 및

기기반출입 통로를 확보할 것

⑦ 기기에서 발생하는 소음 및 진동에 대한 주변환경의 고려

⑧ 고장시의 신속한 응급대처 방안의 고려

⑨ 고정투자비 및 유지관리비 등 종합적으로 경제성이 있을 것

⑩ 방재적으로 안전할 것

수변전실의 위치선정시 고려사항

① 실제 사용부하의 중심에 가깝고 배전이 용이한 장소일 것

② 전력회사로부터의 전원인입과 구내배전선의 인출이 편리한 곳

③ 장래 수변전 설비의 증설이나 확장의 여유가 있을 것

④ 기기의 반출입이 쉬울 것

⑤ 고온, 다습한 곳이나 부식성가스, 먼지가 많은 곳 등은 피할 것

⑥ 폭발물, 가연성 물질의 저장소 부근은 피할 것

⑦ 진동이 없고 침수의 우려가 없는 곳일 것

⑧ 종합적으로 경제적일 것

건축적 고려사항

① 일반적 고려사항

－ 천정높이:

특고압의 경우 보 아래 4.5m 이상

－ 바닥하중:

변압기, 발전기, 차단기 등의 중량물에 견딜 것(200~500kg/m2)

－ 바닥:


케이블피트, 배관을 고려하여 200~300mm 무근 con’c 타설

－ 케이블 pit, 큐비클에서 전기 shaft로 연결이 쉽게 할 것

－ 바닥 및 전기기기 설치에 내진설계를 할 것

－ 변압기 및 발전기의 진동에 견디도록 하고 소음방지를 할 것

－ 완전한 방화구획으로 할 것

－ 출입구의 문은 갑종 또는 을종 방화문, 기기의 반출입에 충분한 크기일 것

② 기기별 고려사항

변압기실:

유입변압기는 타실과 격리, 방음 방화구조, 충분한 배기, 소화설비를 구비할 것,

벽과는 0.6m, 천장과는 1.0~1.5m 이상 이격하고 진동방지 및 내진장치의 설치

모선 및 차단기실:

가능한 한 격리된 공간, 적당한 격벽설치, 기기반출 및 유지보수에 필요한 공간확보

배전반실 또는 감시제어실

－. 환기시설, 조명, 음향 등 쾌적한 환경을 조성하고 운전 및 감시, 조작에 충분한

공간을 확보

－. 배전반과의 벽면거리: 전면 3~4m, 측면 1~2m, 뒷면 1.5~2m 유지

발전기실

－. 변전실과의 근접배치로 최단거리에 위치

－. 건물기초와 별도의 독립기초, 충분한 천장높이, 중량물 운반설치가 용이한 엔진실

구조

－. 급, 배기 및 소음, 진동 방지대책이 쉬운 장소일 것

수배전반 ( incoming panel )

-. 수배전에 필요한 각종 계기, 제어 개폐기, 보호 계전기 등을 안전하게 금속함에

설치한 것


－. 보수 점검이 용이하고 신뢰성이 높은 큐비클식(상자형) 수배전반을 많이 사용하고

있으며 설치 면적이 적고 기기의 구성이 간소하여 소형화 되며 보수 유지가 쉽고

고전압 기기가 모두 접지된 금속함에 넣어져 있으므로 사용자의 감전 재해, 기기의

고장에 의한 화재나 피해가 적고 간단하게 설비의 증설을 할수 있는 장점이 있음.

－. 일정한 설계규칙에 의하여 규격화된 제품이므로 설비의 융통성이 적고 배전반의

교체나 변압기의 증설등이 비교적 어렵고 충전부가 금속함에 넣어져 있어 사용

상태로는 금속함의 내부 점검은 위험하므로 이 경우에는 정전하지 않고는 곤란한

점이 있다.

-. 큐비클식 고압 수전설비의 종류로는 수전설비용량 1,000KVA이하에 주로 사용하며 주

차단장치를 차단기(CB)를 사용하는 CB형과 수전설비용량 300KVA이하에 주로

사용하며 주차단장치를 고압 한류 퓨즈(PF)와 고압 교류 부하개폐기(LBS)를 조합하여

사용하는 PF.S형이 주로 많이 사용되고 있다.

－. 큐비클의 두께는 옥내형은 1.6mm이상, 옥외형은 2.3mm이상이어야 하고 안전을

위해 큐비클내의 부스바등 통전부와의 접근한계 거리는 22kv시에는 20㎝이내,

33kv에는 30㎝이내, 66kv에는 50㎝이내, 154kv에는 140㎝이내로 접근 해서는

안된다. 또한 수전설비용량 5,000KVA를 초과하는 변전실은 2대 이상의 환기 장치를

반드시 설치하여야 한다.

-. 절연저항은 고압회로 일괄과 대지간 30메거이상으로 유지하여야 하며 이를 어길

경우 큐비클내의 기기 등의 절연 불량으로 지락사고시 막대한 지장이 초래된다.

단락전류의 종류에 대하여

-. 단락전류는 교류분만으로 표시하는 대칭전류(대칭단락전류 실효치)와 직류분을

포함하여 표시하는 비대칭전류(최대 비대칭 단락전류 실효치, 3상 평균 비대칭

단락전류 실효치, 최대 비대칭 단락전류 순시치)로 구분된다.


<단락전류의 구성>

1) 대칭 단락전류 실효치：I [rms] sym

① 교류분만의 실효치로 나타냄

② ACB, MCB, Fuse 선정시 이 전류에 의해 선정

2) 최대 비대칭 단락전류 실효치：I [rms] asym

① 비대칭 단락전류 실효치가 최대로 되는 투입위상에 있어서의 비대칭 단락 전류치

② 전선, CT 등의 열적감도 검토시 사용

3) 3상 평균 비대칭 단락전류 실효치：I [rms] ave

3상 회로에서 각상의 비대칭 단락전류는 각상의 투입 위상이 다르기 때문에 직류분

함유율이 다르다. 따라서 각상의 비대칭 단락전류 실효치의 평균값을 취한 값

4) 최대 비대칭 단락 전류 순서치：I [max]

① 비대칭 단락전류의 순시치가 최대가 되는 투입위상에 있어서의 값

② 직렬기기의 기계적 강도 검토시 사용

단락전류의 계산목적과 계산방법

1) 빌딩설비의 배전계통을 검토하는데 맨처음 착수하는 것이 전력계통 고장시


고장전류의 상태를 파악하는 일이다.

2) 전력계통 고장은 3상단락, 2상단락, 1선지락, 2선지락 등이 있으며, 보통 3상 단락을

기준으로 단락전류를 계산한다.

3) 단락전류에는 교류분의 대칭단락전류와 직류분이 포함된 비대칭 단락전류가 있으며

계산방법과 계산목적에 대해 설명코자 한다.

단락전류 계산목적

① 고장을 제한 또는 신속히 제거하기 위한 차단기 선정

② 계통기기나 선로의 기계적, 열적 강도 선정

③ 보호계전 방식 및 동작정정치 선정

④ 순시전압강하 검토

단락전류 계산방법

① 대칭 좌표법

㉠ 전력계통 사고시 3상 평형 상태가 깨어져, 비대칭 3상 전압전류 계산은 대단히

복잡해진다.

㉡ 모든 계통을 Y회로로 하여 비대칭 전압전류를 영상분, 정상분, 역상분으로 분해,

대칭전압전류로 계산하면 간단

㉢ 이 방법은 계통 고장시 단락전류를 회로적으로 해석하여 구하는 이론적 방법으로

실무에는 적용되지 않는다.

㉣ 고장전류중 3상 단락전류가 가장 큰 것으로 된다.

② 클라크 좌표법

㉠ 회로성분을 ο 회로, α 회로, β 회로로 구분하여 단락전류 계산전원설비 강의 080918.hwp 250

∙ ο 회로분：각상전류의 합

∙ α 회로분：a상→b상→c상을 돌아오는 전류의 합

∙ β 회로분：b상→c상을 환류하는 전류

㉡ 약 11가지 고장 Case에 대하여 고장전류를 회로적으로 해석하며, 실무에는 적용되지

않는다.

③ Ohm법

임피던스를 Ohm으로 나타내고, 기준전압과 기준용량에 대하여 2번 환산하여

고장전류를 구한다.

④ % 임피던스법

㉠ 단락용량을 계산하는데 가장 널리 사용된다.

㉡ 단락전류 계산 Flow

∙ 예상 Skeleton 작성

∙ 고장점 선정

∙ 각 기기의 %Z 선정 및 계산

∙ 기준용량으로 환산

∙ Impedance Map 작성 및 합성 %Z 계산

∙ 고장전류 계산

⑤ P.U법

㉠ %Z를 1/100 하여 P.U Impedance로 표시하고 기준용량으로 계산

㉡ 전압 환산을 하지 않아도 단락용량을 구할 수 있다.

단락전류 억제대책

수변전설비 계획시 예상했던 단락용량보다 실제 운용시 단락용량이 증가하는 경우

계통을 그대로 두면 단락사고시 사고점의 파괴는 물론 2차적 재해를 유발하게 된다.


이로 인하여 차단기를 비롯한 보호기기를 교체한다는 것은 설치비 증가와 공사기간

등의 문제로, 보호기기를 교체하는 대신에 아래와 같은 방법으로 선로의 단락전류를

억제시키고 있다.

1) 계통 분리

2) 변압기 Impedance Control

3) 한류 리액터의 설치

4) 캐스 케이드 방식(후비 보호방식)의 채택

5) 한류 Fuse에 의한 Back Up 차단방식

6) 계통 연계기 설치

7) 저항에 의한 한류방식

선로의 단락전류 억제대책

1) 계통분리

계통분리 방식 구성도

① A점 사고시 재빨리 CB3를 차단하여 계통을 분리한 후 CB2를 차단하는 방식

② 설치비가 싸다.

③ 차단기의 단락용량을 크게 하지 않아도 된다.

④ 모선연결 차단기가 차단 후 재 병렬 투입이 필요

⑤ 계전기에 의한 동작협조, Interlock 등 설치로 회로 복잡

⑥ 계통분리가 끝날 때까지 과대한 단락전류가 차단기 및 직렬기기에 흘러 열적, 기계적 전원설비 강의 080918.hwp 252

파손 우려가 있음

2) 변압기의 임피던스 Control

① 변압기 주문제작시 협의하여 변압기의 Impedance를 증가시켜 단락전류를 억제하는

방식

② 변압기 가격이 수변전설비에서 차지하는 가격 비중이 높으므로 적용시 신중한 검토

필요

③ 전압변동률이 커진다.

3) 한류 리액터 설치

① 수전설비 용량 증가시 단락용량이 설치된 차단기의 용량을 상회할 때 차단기를

교체하지 않고 한류리액터를 설치하여 단락전류를 억제하는 방식

② 저압분기회로에 채용한 것이 바람직하며, 고압회로에 삽입하는 방식은 가급적

피하는 것이 좋다.

③ 분기 회로에 Fuse를 사용하지 않아 결상방지와 MCB사용으로 조작 및 보수용이

④ 큰 단락용량에 대응할 수 있고, MCB와 선택성 있는 보호 협조를 얻을 수 있다.

⑤ 설치 면적이 필요

⑥ 운전손실 증가 및 전압 강하로 전구의 수명, 전동기의 기동에 영향을 준다.

4) 캐스 케이드 방식(후비 보호방식)

① 분기회로 차단기(CB2)의 설치점에서 회로의 단락 용량이 분기회로의 차단기 (CB2)

차단 용량을 초과할 때 주회로 차단기(CB1)에 의해 후비 보호를 행하는 방식으로

22[kV]라인에 많이 사용되는 방식


캐스 케이드 방식 캐스 케이드 차단시간

② CB2가 캐스 케이드 방식으로 되기 위한 조건

㉠ 통과 에너지 I2t가 CB2의 허용값 이하일 것

㉡ 통과전류 파고치 ip가 CB2의 허용값 이하일 것

㉢ 아크 에너지가 CB2의 허용값 이하일 것

㉣ CB2의 전차단특성 곡선과 CB1의 개극시간의 교차점이 CB2의 차단용량 이내 일

것

③ CB1은 개극시간이 짧고 아크 전압이 아크 전압이 높은 것이 후비 보호에 적합함

④ 채용시 주의점

주회로 차단기의 순시 트립핑 전류치는 분기회로 차단기의 정격 차단용량의 80[%]

이하로 유지회로의 단락전류는 캐스케이드의 용량을 넘어서는 안된다.

5) 한류 퓨즈 의한 Back Up차단 방식

전력 Fuse의 한류 특성에 의한 고속차단으로 단락전류를 억제하는 방식

6) 계통 연계기 설치

① 계통 연계기는 일종의 가변 Impedance소자(L과 C의 소자)로 계통에 직렬로 삽입

② 평상시에는 낮은 Impedance 값으로 조류(潮流)를 자유로이 통과시키고 사고시에는

높은 Impedance 값으로 단락 대전류의 통과를 억제시키는 방법

③ 대용량의 설비에 적용하며 유럽쪽에서 많이 사용하는 방식전원설비 강의 080918.hwp 254

a) 평상시 임피던스 b) 한류시 임피던스

∙

계통연계기의 원리

④ 설치된 차단기를 교체하지 않고 계통용량을 늘릴 수 있다.

⑤ 전압변동이 거의 없다.

⑥ 정전이 적어 공급 신뢰도 향상

⑦ 응답 속도가 빨라 사고 발생후 1/2 Cycle 이내에 한류 동작

⑧ 단락전류가 차단기에 의해 Tripping되면 연계기는 즉시 평상시의 회로상태로 회복

⑨ 연계기 설치 장소

보통 아래의 장소에 설치하며 선정은 계통 사정에 따라 검토 필요

㉠ 전력회사와의 수전 연계점

㉡ 급전 Feeder에 직렬로 삽입


㉢ 모선과 모선사이에 설치

㉣ 변압기 2차측에 직렬로 삽입

7) 저항에 의한 한류방식

① 초전도 소자 이용：상시 Rs=0이 되고, 사고시 소자에 자계를 가하여 상전도로 이행,

단락전류 억제

② 극저온 소자 이용：극저온 소자의 발열에 의한 저항 증가로 전류 억제

예비전원설비의 개요

-. AISN / IEEE Std 100에서는 비상용 예비전원계통을 “상용전원 정전시, 인명의 안전

및 유지, 혹은 재산상의 손실방지에 중대한 역할을 하고 있는 장치 및 장비에 규정된

시간 이내에 신뢰도가 높은 전력을 자동으로 공급할 수 있는 독립된 예비적 전기

에너지원”이라 정의하고 있다.


-. 미국전기공사규정(NEC)의 Article 700에서도 이와 유사하게 정의하고 있는데, 특히

비상부하를 조명 및 전력설비로 분류하고 있다.

-. 적합한 전원으로서 축전지설비, 자가발전설비, 독립된 제 2의 외부 전원 (비상전원

전용 수전설비), 비상조명용 단위장비(축전기 내장형) 등에 대하여 규정하고 있다.

-. 상용전원 정전시에 전력수용가의 특정 부하설비가 계속 가동할 수 있도록 자동 혹은

수동으로 절환하여 부하에 급전하는 독립된 자체 전기 에너지원을 의미한다.

1. 자가발전설비

-. 사용 목적에 따라 상용, 비상용으로 구분

-. 비상용자가발전장치는 상용전원이 차단된 경우에만 사용하는 것으로서 내연기관

또는 가스터빈(이하 원동기라 한다)에 의하여 발전기를 구동하여 부하에 전력을

공급하는 장치로 원동기, 발전기, 제어장치 및 부속장치로 구성된다.

2. 축전지설비

-. 수 ․ 변전설비의 조작용 전원, 비상용 조명장치, 방송통신장치의 예비전원

-. 상용전원 정전시 즉시 전원을 공급할 수 있어 병원, 소방법의 비상용 전원설비의

중요한 구성장치이며 정류장치, 축전지, 제어장치로 구성.

3. 무정전전원설비

-. UPS(Uninterrupitible Power Supply system)라 부르며 정류기, 인버터, 축전지, 절환

스위치로 구성

4. 비상전원수전설비

-. 소방기술기준에 관한 규칙 제 21조 제 3항, 제 45조 제 3항 및 제 135조 제 1항 제

3조의 규정에 의거 내무부고시 제 1995-24호로 일반전기사업자로부터 수전하는 것은

상용수전설비와 같으나 소방법에 연면적 1000[㎡] 이하의 건축물에 시설하는 설비로

제한적이고 동 고시에 특별고압, 고압 및 저압으로 수전할 수 있으며, 소방법의

전기시설물 설치 규정(내화배선 등)에 따라 설치해야 한다.


예비전원의 필요성

-. 상용전원공급의 이상이나 정전이 발생하면 재산성 등의 파급효과가 지대하며,

-. 정보화 사회의 근간을 위협하는 등 미치는 영향은 대단히 크다.

-. 상용전원의 신뢰도는 설비의 개선을 통해서 날로 향상되고 있지만, 태풍이나 풍수해

천재에 의한 예기치 않았던 정전사고, 기기 교체 등 보안작업으로 인한 정전 등을

생각한다면 완전한 무정전전원공급이란 도저히 불가능하다.

-. 상용전원이 정전된 경우에 자위상 최소한의 보안전력을 확보하기 위해서 예비

전원으로서 자가용발전장치나 축전지설비가 시설

-. 소방법 ․ 건축법을 통하여 예비전원의 설비를 규제하는 실정

-. 예비전원설비는 방재상의 면에서도 대단히 중요하다.

-. 법규에 의한 예비전원설비로서는

자가용 발전설비,

축전지설비,

무정전 전원장치,

비상전원 전용수전설비 등이 인정되고 있다.


비상용 예비전원의 계획시 기능

1. 업무의 운영수단으로서 정보처리 시스템을 이용하고, 이 시스템이 광범위한 정보를

집중시켜 온라인 실시간 처리를 하는 경우

2. 업무의 운영수단으로서 정보수집 시스템과 정보처리 시스템을 이용하여 이 업무가

국제적으로 24시간 가동을 요구하는 경우

3. 업무 내용이 극기 공공성이 높고 업무의 정지가 사회적으로 중대한 영향을

미침으로써 상황에 따라서는 기업의 존망과 관계가 있는 경우

4. 사회기반시설일 경우

5. 업무 시스템, 장치의 정지가 인명에 직접 영향을 주는 경우

예비전원설비의 분류 및 종류

-. 일반적으로 축전지는 단시간 에너지원으로, 발전설비는 장시간의 에너지원으로

이용하면 장점을 충분히 살릴 수 있다.

-. 건축법에 의한 비상조명등과 병원전기설비 안전기준에 의한 순간 특별비상전원은

축전기설비를 조합하여 설치하여야 한다.


예비전원의 분류

1 상용예비전원 [코제너레이션, 자가발전설비의 포함(전기사업법 제 15조 제 3항에

의하여 자가용 발전설비에서 발전한 전기의 공급할 수 있음)]

2 비상용 예비전원(방재전원)

가. 비상용 예비전원(전기사업법에 포괄적으로 규정)

나. 예비전원(건축법)

- 자가발전설비

- 축전지설비

- 무정전전원장치설비 (정보통신설비 보편화에 따라 보안 측면에서 중요한

예비전원으로 인정되는 추세)

- 자가발전설비와 축전지설비의 조합 (병원전기설비 안전기준에 구체적으로 규정)

다. 비상전원(소방법) : 자가발전설비, 축전지설비, 비상전원 수전설비

라. 비상전원(KSC - 0913)

- 일반비상전원(자가발전설비) : 상용전원을 정지시켰을 때, 40초 이내에 자동적으로

부하전력을 공급하기 위한 전원을 말한다.

- 특별비상전원(자가발전설비) : 상용전원을 정지시켰을 때, 10초 이내에 자동적으로

부하에 전력을 공급하기 위한 전원을 말한다.

- 순간특별비상전원 (축전지설비와 자가발전설비를 조합) : 상용전원공급이 정지될때

순간적으로 부하에 전력을 공급하기 위한 전원을 말한다.

자가용 발전설비

-. 부하에 대한 적응성, 전원용량의 크기, 전원의 독립성 등의 면에서 가장 적절한

예비전원설비이다.

-. 에너지저장계통과 결합시키면 컴퓨터와 같은 전원으로도 사용

에너지절약측면에서도 유용한 자가용 발전설비

1. 공정폐열을 회수, 증기로 변환시켜 자체 스팀터빈을 구동함으로써 전기생산이


가능하다.

2. 열병합발전을 설치하여 에너지종합효율을 80[%]까지 높일 수 있다.

3. 부하수요가 일정치 않아 시간에 따라 큰 폭으로 변화하는 경우

자가발전설비에 의해 첨두부하를 부담(Peak Cut)하게 함으로써 수전설비, 수전용량

및 운용비용을 감소

4. 자가발전설비의 대표적인 구동원으로서는 디젤엔진, 스팀터빈, 가스터빈 등이 있다.

저압인 5[kW]부터 750[kW]까지 소용량 설비에는 디젤엔진이 널리 사용

고압인 1000[kW]급에서는 디젤과 스팀터빈이 사용되고 있다.

설치면적 및 소음 등의 환경문제로 인하여 효율이 높은 가스터빈 발전기 (2000 ~

3000[kW])가 도입, 설치되고 있다.

비상전원설비로서 디젤엔진 선정시 고려해야 할 주요 사항

-. 600[kW] 이하의 일반용 비상전원으로는 1800[rpm] 엔진이 이용

동작시간이 긴 비상용 설비의 경우에는 크랭크축의 속도를 통상 750 혹은 900 [rpm]

으로 규정

-. 냉각 시스템 선정방법 및 급 ․ 배기 시설의 설계방법에 대한 세심한 배려가 필요하며,

또한 부하 절체 스위치(ATS 또는 ALTS)의 적절한 선정을 위한 기술적인 검토가

요망된다.

축전지설비

-. 소방설비의 비상전원에 있어서 중요한 설비로 규정되어 있으며,

KSC 4402(부동충전용 사이리스터 정류장치), KSC 8505(고정 연축전지),

KSC 8518( 폐 고정형 연축전지) 등의 규정에 적합하게 시설하여야 한다.

-. 일본에서는 소방법에서 소방청 고시로 축전지설비의 기준을 규정해 놓았지만

우리나라에서는 아직 별도로 고시되어 있지 않다.

축전지설비의 개요

-. 비상시에 가장 신뢰할 수 있는 전원


-. 부동충전방식은 사용전원이 정전된 경우 무정전으로

건축법과 소방법의 예비전원이나 비상전원으로 신뢰성이 높은 직류전원

정류장치

-. KSC4402 부동충전용 사이리스터 정류장치 규정에 적합

-. NEMA Std 1-28, 일본에서는 JIS C 8705-7 축전지 종류별로 규격이 정해져 있다

-. 축전지설비로 직류전원장치(축전지와 한상자에 수납), 충전장치(축전지종류별로 따른

각각의 형식), 역변환장치, 시동용 전원장치, 시동용 축전지, 시동장치, 소화용

전원장치, 가스누설경보설비의 전원장치로 분류되어 있다.

무정전전원장치

-. 한국전기공업협동조합 규격 KEMC 1114(교류무정전전원시스템), 공업진흥 규격

KSCP - C - 1015(무정전전원장치 설계기준) 등의 규격에 적합하여야 한다.

무정전전원장치의 개요

-. 컴퓨터의 발전에 따라 전원의 질이 클로즈업되어 전원의 질적 형샹을 목적으로 하여

무정전전원장치가 널리 쓰이게 되었다.

-. 순간의 정전도 허용되지 않을 정도의 고신뢰성이 필요

-. 상용전원 공급중단의 원인

낙뢰로 인한 순시정전, 지락사고, 단락, 중부하 개폐에 따르는 각종 과도현상 등

-. 순간정전이 허용되지 않고 또한 정지로 인한 영향이 큰 부하설비,

금융기관의 컴퓨터, 방송통신기기, 병원의 ICU ․ CCU, 플랜트의 계장전원,

각종 공공설비의 컴퓨터 전원 등에는 무정전 정전압 정주파 전원장치의 도입

-. 전압 ․ 주파수를 안정시키는 장치를 정전압 정주파수 전원장치(CVCF : Constant

Voltage Constant Frequency)라 하며, CVCF에 축전지를 부가하여 정전시에도 무순간

무정전으로 급전할 수 있는 장치를 무정전전원장치(UPS : Uninterruptible Power

Supply)라 하는데, CVCF를 광의로 해석하여 교류무접점전원설비를 CVCF라 부른다.


무정전전원장치 주요구성

․ 상용교류전력을 직류로 바꾸는 정류기

․ 직류전력을 축전지에 충전하기 위한 충전기

․ 직류전력을 일정 주파수, 일정 전압으로 변환시키는 인버터

․ 시스템의 고장, 보수의 경우 부하에 대한 전력공급을 개폐할 수 있는

정지형 절환 스위치

부하기능에 의한 발전기의 분류

1. 비상용 발전기 ;

건축물의 상용 전원이 정지되었을 경우 비상용 전원을 필요로 하는 주거용 시설에

전원을 공급하기 위한 발전장치(기능상, 건축법, 소방법 등)

2. 상용 발전기 :

외부의 전력계통 공급을 받지 않고 자체 발전설비로 평상시 및 비상시 전원을 상시

공급하는 발전장치(대부분 플랜트설비용)

3. 피크컷(Peak - Cut) 용 발전기 :

부하 중 짧은 첨두부하를 대체하여 전력을 분담하기 위하여 설치되는 발전장치

4. 열병합(Co - Generation) :

열병합 발전을 위한 폐열회수 발전장치를 갖추고 발전에서 발생한 폐열 등을

회수하는 발전방식을 말한다.

엔진구동방법에 의한 분류

1. 디젤엔진(diesel)형

-. 주요구성 :

실린더, 기동장치, 냉각장치, 필터장치, 배기장치 등

-. 사용연료 :

경유, 중유

-. 엔진의 동작행정 :

흡입 → 압축 → 폭발 → 배기의 맥동행정


-. 사용특징 :

기존의 대부분 건축물 발전설비로 가장 많이 사용되고 있는 중용량 이상

2. 가솔린(gasoline) 엔진형

-. 동작 행정은 모두 디젤엔진형과 같으나 연료를 휘발유로 사용함으로써

소용량, 저효율, 저토크 등의 특징을 가지므로

양호한 기동성을 요구하는 소용량 단위발전기의 엔진으로 사용되고 있다.

3. 가스터빈(gas turbine) 엔진형

-. 주요구성 :

압축기, 연소기, 터빈 등의 세 가지 주요구조

-. 사용연료 :

LNG, 천연가스, A중유, 경유

-. 엔진의 동작행정 :

흡입 → 압축 → 연소 → 팽창 → 배기의 연속회전행정

-. 사용 특징 :

디젤엔진에 비하여 연료 소비율이 높은 단점

전력 공급 신뢰도가 높고 양질의 전원을 공급할 수 있어 비상전원으로 주목

냉각수가 필요 없고, 몸체의 방음장치를 용이하게 할 수 있어 소음을 대폭 줄일 수

있는 장점.

설치방법에 의한 분류

1. 고정 거치형

-. 중규모 이상 발전장치가 이에 해당되며,

-. 냉각수설비 및 기초설비가 필요하기 때문에

필요 장소에 고정형으로 설치되는 발전장치

2. 이동형전원설비 강의 080918.hwp 264

-. 이동을 요구하는 경우 대개 200[kVA] 미만의 소용량 발전기

-. 자동차에 의한 이동형이 대부분을 이루며 공냉식을 채택하는 발전장치

시동방식에 의한 분류

1. 전기식 시동형

-. 구동모터에 의한 방식

DC 24[V] 축전지에 접속시킨 구동모터와 피니언 기어를 연결시켜 엔진기관의 플라이

휠(fly wheel) 기어를 맞물리게 하여 기동시키는 형태(고속, 예열, 소용량에 많이 채용).

2. 공기식 시동형

-. 중고속의 직접 분사식에 많이 채용되고 특히 방폭지역에서 효과적

-. 공기압축기로 공기 탱크에 최고 30[kg/㎠]에서 최저 10[kg/㎠]의 공기압을 압축시켜

기동시 공기탱크의 압축된 공기로 6회 이상 연속기동이 가능하도록 한 기동형태

-. 공기탱크는 주탱크와 예비탱크를 갖추어야 한다.

-. 설치면적이나 설치비용이 전기시동형에 비해 고가인 관계로 특별한 용도 이외에는

많이 채용하지 않고 있다.

냉각방식에 따른 분류

-. 수냉식 :

용량 500[kVA] 이상의 대형 용량

순환식, 냉각탑 순환식, 방류식 등이 있다.

-. 공랭식 :

용량 500[kVA] 이하의 소용량인 경우 적용되는 방식

엔진기관 전단에 달린 라지에터 방식이며 이동식에 많이 채용되고 있다.

운전방식에 따른 분류

-. 단독운전 :

몇 대가 설치되더라도 각기 다른 부하공급으로 개별 운전되는 방식

-. 병렬운전 :


2대 이상의 발전기 또는 상용전원계통을 함께 사용되는 방식

전압의 일치, 주파수의 일치, 위상의 일치 등의 조건을 만족시키고 계통적으로

동기투입이 가능한 설비.

회전수에 따른 분류 (디젤발전기에만 해당된다)

-. 고속형 :

대체로 회전수가 1200[rpm] 이상에 적용

몸체가 작아 가격 및 설치면적이 작아지는 이점이 있으나

소음과 진동이 커지는 단점

-. 저속형 :

대체로 회전수가 900[rpm] 이하에 적용

중 ․ 소 ․ 대형에 모두 적용 가능하며,

소음과 진동이 적으며 전압 안정도가 좋다는 대표적인 이점

몸체가 커지며 가격과 설치면적이 커지는 단점.

용량 산정방식과 고려하여야 할 상황

1. 단상부하 :

-. 교류 3상 발전기에 단상부하를 접속하면 발전기로서는 그 부하의 3배의 부하를

접속한 것과 같은 결과

-. 접속할 수 있는 3상 부하의 용량이 감소하게 되므로 발전기의 이용률이 낮아진다.

-. 단상부하를 많이 연결하게 되면 전압 불평형, 파형의 찌그러짐, 이상진동 등의 원인이

될 수 있다.

-. 다량의 단상부하에 예정되어 있을 때에는 3상에 골고루 분배하여 접속하거나

스콧결선 변압기를 설치하여 3상이 평형을 이루도록 할 필요가 있다. 가능하면

불평형률을 10[%] 이하로 하는 것이 바람직하다.

2. 감전압 시동전동기 :


-. 전동기 시동시에 감전압방식을 채용하면 시동돌입전류가 감소하게 되므로 발전기의

용량을 적게 할 수 있으나 전동기는 시동토크도 감소하게 되므로 전동기의

회전속도가 미처 충분히 확보되지 않아 순시전압강하를 일으키게 된다.

-. 감전압상태에서 전전압으로 전환되는 시간설정은 충분히 검토하여 결정하여야 한다.

3. 정류기 부하(고주파 발생부하) :

-. 정류기 부하를 접속하면 전압파형에 찌그러짐이 생기는데 이 찌그러짐은 전원

리액턴스가 클수록 심하게 나타난다.

-. 부하가 일정한 경우에는 발전기 용량이 작을수록 이 현상이 심하게 나타나고

발전기의 리액턴스가 일정한 경우에는 정류기 부하가 클수록 심하게 나타난다.

4. 파형의 찌그러짐

․ 동일한 계통에 접속되어 있는 전동기의 손실과 온도를 증가시킨다.

․ 자동전압조정기 AVR(Auto Voltage Regulator)로 점호위상제어를 하고 있을 경우에는

위상이 변동하여 동작이 불안정해진다.

․ 발전기 자체의 댐퍼권선의 온도가 상승하게 되어 손실이 증가한다.

5. 발전기의 부하 중 파형의 찌그러짐 발생부하

․ 사이리스터(thyristor) 식 UPS(Uninterruptible Power Supply)

․ 사이리스터 모터(thyristor motor)

․ 승강기(thyristor 위상제어방식의 것)

․ 축전지 충전장치 등이다.

6. 파형 찌그러짐 부하가 발전기 용량에 대하여 큰 비율을 차지할 경우

․ 발전기의 리액턴스(reactance)가 적은 것을 선정하거나 용량이 큰 것을 선택한다.

․ 부하측에 정류상수를 많게 한다.

․ 필터(filter)를 설치한다.


․ 발전기의 용량을 부하용량보다 2배 이상 크게 한다.

가스터빈 발전 설비가 필요한 경우

1. 비상전원의 의존도가 높고, 양질의 전원이 요구되는 부하설비

2. 건축물을 Modernization화할 경우

3. 환경문제가 민감한 지역

4. 발전설비의 설치 환경이 열악한 지역

5. 열병합발전시스템 또는 Peak-cut용으로 적용

6. 단시간 피크부하를 사용하면서 중요부하에 대해서 무정전이 요구되는 경우

발전기 용량의 산정

일반 부하에 해당되는 식과 소방용 및 비상부하에 해당되는 식으로 크게 구분.

일반 부하용에 해당되는 경우의 용량산정 방법

1. 발전기에 걸리는 부하의 합계로부터 계산하는 방법

발전기 용량[kVA] = 부하의 입력합계 * 수용률 (5-1)

여기서 수용률에 대해서는 다음 값을 사용한다.

1. 동력의 경우 : 최대 입력의 것으로, 또한 최소 1대에 대하여 100 [%], 기타 입력에

대하여 80[%]

2. 전등의 경우 : 발전기 회로에 접속되는 모든 부하 100[%]

가스터빈 발전설비의 특징

1. 고신뢰성의 발전장비

-. 시동신뢰성 99.7[%](이중분사 노즐에 따른 연속연소)

-. 고품질의 발전설비(안정된 주파수, 깨끗한 Sine Wave)

-. 순간과부하/역전력 흡수능력이 우수함

-. 내진성 우수전원설비 강의 080918.hwp 268

2. 유지보수가 용이한 발전설비

-. 고장이 거의 없음(부품간 마찰이 없으므로 부품마모에 의한 고장염려가 없음)

-. 냉각수 설비 등 주변설비가 필요 없음

3. 운반, 설치가 용이한 발전설비

-. 콤팩트한 패키지

-. 경량, 소형 (동급의 디젤엔진에 비해 중량은 약 1/4, 체적은 약 1/7)

-. 진동 및 동하중의 적음

4. 환경친화적인 발전설비

-. 대기환경 보전법에서 규정하는 배출허용기준 만족

-. 매연없는 깨끗한 배기가스 배출

-. 소음, 진동이 대단히 적음

-. 보수 ․ 정비 및 운전조작이 간단하다.

5. 장점

-. 발전용 ․ 차량용 등 목적에 따른 성능을 지닌 기관을 설계하기가 쉽다.

-. 회전운동 부분만 있으므로 진동이 적고, 고속회전(분당 5000~ 수만 회전)으로,

출력당의 중량이 가볍고, 작은 것은 100 마력에서부터 수만 마력의 것까지 제작된다.

-. 부품의 수가 왕복기관에 비해 적다

-. 가스 ․ 석유 ․ 중유를 사용, 마찰부분이 적기 때문에 윤활유의 소비량이 적다.

-. 냉각을 위한 물이 필요하지 않다. 시동에서 전력운동까지의 시간이 매우 짧다.

6. 단점

-. 열효율이 낮고, 연료 소비가 크며, 대체로 부분 부하의 특성이 나쁘다.


-. 변속기 ․ 터빈이 고온을 받기 때문에 값비싼 내열재료가 필요하게 된다.

-. 배기 ․ 흡기의 소음이 커지기 쉽다.

가스터빈 발전기

급기대책 :

-. 연소를 위한 공기와 냉각을 위한 공기가 필요

-. 연소를 위한 급기온도에 따라 발전기 출력감소와 엔지 내 Blade 수명에도 중대한

영향을 미치므로 검토가 필요하다 (Dry-Area, Pit 설치)

배기대책

-. 연소배기와 엔진몸체 냉각배기로 구분

-. 연도단열 대책에 실패하면

건축구조물의 하자발생 등으로 발전기 가동 자체를 불가능하게 될 우려가 있으므로

특히 주의하여야 한다.

연도의 크기

-. 배기량을 저항없이 무난히 처리할 수 있는 크기가 확보되어야 하므로

-. Back Pressure가 허용치(300[mmAq]) 이하가 되어야 하고 허용치를 초과할 경우

엔진출력의 감소를 초래한다.

-. 직선 덕트 저항값 + 연도부분 저항값 + 기타저항값(밴딩, Reducer, Extention 등)

배기 단열 대책

-. 연소 후 배출되는 배기는 약 400 ~ 600[℃]의 고온고압으로 연도 크기 및 단열에

유의하여야 한다.


구 분 디젤 가스터빈

일반

작동원리 단속연소, 왕복운동 연속연소, 회전운동

출력특성주위조건과

출력감소가 관련이 없다.

흡입공기의 온도가

수명, 출력에 악영향을 준다.

경 부하운전 엔진내부에 흑화 현상 문제 없다.

진동 대책필요 별도기초 불필요

소음 105~115 ㏈/M 80~95 ㏈/M

체적 및 중량 체적 1.5~2배, 중량 3배 체적이 작고 가볍다.

냉각수 필요 불필요(공랭식)

몸체가격 - 디젤의 1.5~4배

연료

연료 소비율 150~230(g/PS.H) 190~500(g/PS.H)

사용연료 A,B,C중유,경유, 등유 등유,경유,A중유, 천연가스, LNG

윤활유소비량 0.5~3(g/PS.H) 0.4~0.5(g/PS.H)

급배기

급,배기장치 소음기부착 별도의 대책강구

배기단열시공 기본적인 단열 별도의 대책강구

NOx,SOx배기량 300~1000ppm, 150~200ppm 20~150ppm, 100ppm

전기적

주파수변동율 ±5% ±0.4%

과도주파수 변동율 ±10%(75%부하) ±4%(전 부하)

전압변동율 ±4% ±1.5%

과도전압 변동율 ±20% ±4%

기동시간 5~40초(대개8~10초) 20~40초(대개 40초)

부하투입 단계적 단일 축 : 100%2축식:

기타

엔진제작여부 용량에 따라 국내제작 국내제작불가

엔진 O/H 국내에서 가능 국내불가

2대 이상 병렬 운전방식

-. SYNCHRO 장치 필요


한전 병렬운전 방식

-. 역송전을 방지하기 위한 계전기와 SYNCHRO 장치가 필요하고,

한전과의 협의가 필요하며, 피크 컷에 따른 전력비의 절감을 꾀할 수 있다.

발전기 병렬운전조건

1) 기전력의 크기가 같을 것.

2) 주파수가 같을 것.

3) 기전력의 위상이 같을 것.

4) 기전력의 파형이 같을 것.

5) 상 회전 방향이 같을 것

6) 기타사항

1) 기전력의 크기가 같을 것.

-. 병렬운전중인 두 발전기의 기전력의 크기가 다를 때에는

기전력의 차에 의한 전압 때문에 양 발전기간에 무효순환전류가 흐르게 되어 손실이

증가하고 발전기의 온도상승을 초래한다.

-. 한전 병렬운전시 AVR이 자동이 되게 하고 발전기전압은 계통전압보다 높은 편이

좋다.(계통전압이 발전기 전압보다 높은 상태에서 병입하게 되면 계자전류는 감소하고

그 차가 크면 여자전류의 정류기가 저지되어 계자 이상전압을 발생하는 일이 있다.

통상 양자의 전압비가 0.95 이내이면 지장 없다.)

2) 주파수가 같을 것.

-. 양 발전기의 주파수가 달라지면 기전력의 크기가 달라지는 순간이 반복하여 생기게

되므로 무효횡류가 주기적으로 흐르게 되어 난조의 원인이 된다.

-. 한전과 병렬운전시 병입 순간의 Motoring을 피하기 위해 발전기를 계통주파수보다

약간 높게(0.1-0.2㎐)하는 것이 좋다.


3) 기전력의 위상이 같을 것.

-. 두 대의 발전기가 같은 크기의 전압으로 병렬운전중 위상이 틀려지면 위상차에 의한

차전압에 의해 동기화 전류가 흐르게 된다.

-. 이 전류는 위상이 늦은 발전기의 부하를 감소시켜서 회전속도를 증가시키고 위상이

빠른 발전기에는 속도를 느리게 하여 두 발전기간의 위상이 같아지도록 작용한다.

-. 한전 병렬운전시 계통과의 위상 차가 작은 점에서 병입되어야 한다.(비동기 병입에

의해 발전기에 발생하는 전기 Torque 및 과도한 전류는 상당히 높은 레벨이므로

회전자 축계 및 고정자 권선에 미치는 영향은 매우 심하다. 따라서 동기조작시는

발전기 전압을 계통전압에 맞추고 위상각이 최소가 되도록 투입하여야 하며 통상

허용되는 위상차는 10°이하이다.)

4) 기전력의 파형이 같을 것.

-. 양 발전기의 기전력의 실효치 및 위상이 같아도 파형이 틀릴 때에는 각 순간의

순시치가 달라지므로 양 발전기간에 무효횡류가 흐르게 된다.

-. 이 전류는 전기자 동손을 증가시키고 과열의 원인이 된다.

5) 상 회전 방향이 같을 것

-. 어느 순간에는 단락 상태로 되는 것으로 병렬운전에서는 생각도 할 수 없는 일이나

시운전시의 최초 병입에서 반드시 한번은 확인하여야 한다.

6) 기타사항

-. 동기발전기 용량의 총 합이 30MW 이상으로 한전 전원과 상시 동기 운전할 경우에는

송전선로 주보호방식을 Pilot Wire 방식이나 Carrier Relay 방식으로 시설하여야 한다.

발전기 용량 산정방식 [PG방식조건]

-. 발전기 용량 산정방식에는 일반부하용 발전기 용량 산정 방식과 소방 부하용 발전기

용량 산정방식이 있다.


1) 일반 부하용 발전기 용량 산정방식

① 발전기 부하의 합계로부터 계산하는 방법

발전기 용량[kVA]=부하설비 합계×수용률

∙ 동력부하 수용률용량이최대인전동기대나머지전동기용량합계

∙ 전등부하 수용률：

발전기에 접속된 모든 부하 100[%]

② 부하 중 용량이 가장 큰 전동기의 기동시 용량으로부터 계산하는 방법

발전기 용량[kVA]= 허용전압강하

×″×시동( 1

여기서, xd ''：발전기 과도리액턴스(불분명한 경우 0.2∼0.25 적용)

허용전압강하：0.2∼0.25적용

2) 소방용 비상부하 발전기 용량 산정방식

-. PG1, PG2, PG3의 세 가지 방법으로 산정한 값 중 최대의 값을 산정한다.

최근에는 고조파 부하를 감안한 PG4의 계산 방법도 포함하여 산정하는 경향이

많아지고 있다.

① PG1：정격운전 상태에서 부하설비의 가동에 필요한 발전기 용량

PG1 = ×

×

여기서, ：부하의 종합효율(불분명한 경우 0.85 적용)

PfL：부하의 종합역률(불분명한 경우 0.8 적용)

ΣPL：부하 출력의 합계[kW]

a：부하율, 수용률을 감안한 계수

② PG2：부하 중 최대의 시동[kVA] 값을 가지는 전동기를 기동할 때 허용전압강하를

감안한 발전기용량


PG2 = ×××″×

여기서, Pm：시동[kVA]값이 최대인 전동기 또는 전동기군의 출력[kW]

β ：전동기 출력[kW]에 대한 시동[kVA]

(불분명한 경우 7.2 적용)

C：기동방식에 따른 계수(Table로 구함)

xd''：발전기 과도 리액턴스(불분명한 경우 0.2∼0.25 적용)

△V：Pm전동기 투입하였을 때의 전압강하율

(일반적으로 0.25적용,비상용 승강기의 경우 0.2 적용)

③ PG3：부하중 용량이 최대인 전동기 또는 전동기군을 마지막으로 기동할 때 필요한

발전기 용량(Base Load를 감안한 발전기 용량)

PG3 =

××××

여기서, Pm：시동 값이 최대인 전동기 또는 전동기군의 출력[kW]

Pfm：Pm 전동기의 시동시 역률(불분명한 경우 0.4 적용)

cos φ：발전기의 역률(불분명한 경우 0.8 적용)

④ PG4：고조파 부하를 감안한 발전기 용량

PG4=Pc×(2.0∼2.5)+PG1

Pc：CVCF 부하

개요

PG 방식 RG 방식

대상부하 소방부하(용량을 직접 구함) 소방부하(계수를 구한 후 용량을 구함)

특 징 고조파를 포함한 부하나 소방부하 고조파를 포함한 부하

선 정 계산값 중 최대치 선정 계산값 중 최대치 선정

계산방법 PG1, PG2, PG3, PG4 RG1, RG2, RG3, RG4


일반 부하용 발전기 용량 계산

1) 전부하 운전을 고려한 경우

발전기 용량[kVA]=부하의 입력 합계×수용률

수용률：동력의 경우：최대 입력 또는 최소 1대에 대해 100[%]

나머지 입력에 대해 80[%]

전등의 경우：100[%]

2) 부하 중 가장 큰 전동기 기동을 고려한 경우

발전기 용량[kVA] ＞ ( 1 허용전압강화 - 1)×xd ''×시동[kVA]

xd″：발전기 과도리액턴스(20∼25%), 허용전압강화：20∼25[%]

3. PG방식에 의한 발전기 용량 계산

1) PG1：정격운전 상태에서 부하설비가동

PG1 = ×

×

여기서, ：부하의 종합효율(불분명한 경우 0.85 적용)

PfL：부하의 종합역률(불분명한 경우 0.8 적용)

ΣPL：부하 출력의 합계[kW]

a：부하율, 수용률을 감안한 계수

2) PG2：최대값을 갖는 전동기의 시동시 전압강하 고려

PG2 = ×××″×

여기서, Pm：시동[kVA]값이 최대인 전동기 또는 전동기군의 출력[kW]

β ：전동기 출력[kW]에 대한 시동[kVA]

(불분명한 경우 7.2 적용)

C：기동방식에 따른 계수(Table로 구함)

xd''：발전기 과도 리액턴스(불분명한 경우 0.2∼0.25 적용)


△V：Pm전동기 투입하였을 때의 전압강하율

(일반적으로 0.25적용,비상용 승강기의 경우 0.2 적용)

3) PG3：최대값을 갖는 전동기를 부하중 제일 마지막으로 기동.

PG3 =

××××

여기서, Pm：시동 값이 최대인 전동기 또는 전동기군의 출력[kW]

Pfm：Pm 전동기의 시동시 역률(불분명한 경우 0.4 적용)

cos φ：발전기의 역률(불분명한 경우 0.8 적용)

4) PG4：고조파 부하를 감안한 경우

PG4=Pc×(2.0∼2.5)+PG1

Pc：CVCF 부하

4. RG방식에 의한 발전기 용량 계산

-. 인버터 승강기 등의 고조파 및 역상전류를 고려한 발전기 용량

발전기 용량=RG계수×K

RG : 발전기 출력계수[kVA/kW]

K : 부하 출력합계[kW]

RG값의 실용상 바람직한 범위는,

1.47D≤RG<2.2

D : 부하수용률

1) RG1：정상부하 출력계수

RG1=1.47×D×Sf

D：수용률 Sf：불평형 전류에 의한 선전류 증가계수

2) RG2：허용 전압강하 출력계수


RG 2 =

× ″××

여기서, Ks：시동방식계수

Zm：시동임피던스

M2：최대부하출력[kW]

K：부하출력합계[kW]

3) RG3：기저부하를 감안한 출력계수

RG 3 = ××

여기서 d：기존부하수용률

M3：최대부하출력[kW]

4) RG4：허용 역상전류 출력계수

RG4 =

××

×

×

여기서 KG4：발전기 허용 역상전류계수(0.15)

R：고조파 발생부하 출력합계[kW]

△P：단상부하 불평형분 출력합계[kW]

U：단상부하 불평형계수

일반특성


구 분 가스터빈 엔진 디젤 엔진

작동원리 ∙ 완전연소에 의한 연속회전운동 ∙ 단속연소, 왕복운동

출력특성∙ 흡입공기온도가 높은 경우 수명에

악영향을 주며 출력감소

∙ 주위 여건변화에 별로 영향을 받지

않는다.

진동∙ 진동이 거의 없어 진동방지용

별도기초 불필요

∙ 왕복운동기관으로 별도의

진동방지대책 필요

소음∙ 회전고속음, Packing 가능

80∼90[dB]∙ 왕복운동의 충격음 105∼115[dB]

체적,중량∙ 구성부품수가 적어 체적이 적고

경량(디젤엔진의 약 ½배)

∙구성부품수가 많아 체적이 크고

무겁다.

냉각수 ∙ 불필요 ∙ 필요

가 격 ∙ 디젤엔진보다 2∼3배 비쌈 ―

연료 특성


연료 소비율 ∙ 디젤의 약 2배 소비 ∙ 150∼230[g/ps․h]

사용 연료 ∙ LNG, 천연가스, 등유, 경유, 중유 ∙ 경유, 중유

급기․배기 특성


급․배기 장치 ∙ 별도의 급기, 배기 장치 필요 ∙ 배기시 소음기 부착

배기단열시공 ∙ 별도의 단열 대책필요 ∙ 기본 단열로 기능

NOx 배기량 ∙ 적다 ∙ 많다(300∼1,000ppm)

SOx 배기량 ∙ 적다(100ppm) ∙ 많다(150∼200ppm)

전기적 특성



주파수 변동률 ∙ ± 0.4[%] ∙ ± 5[%]

전압 변동률 ∙ ± 1.5[%] ∙ ± 4[%]

속도 변동률 ∙ ± 4[%] ∙ ± 20[%]

기동시간 ∙ 20∼40초(대개 40초) ∙ 5∼40초(대개 8∼10초)

부하투입∙ Single Shaft：100[%] 투입

∙ Two Shaft：70[%]투입∙ 단계별 부하투입

기타


엔진제작 ∙ 국내 불가능, 조립생산 ∙ 용량에 따라 일부 국내제작 가능

엔진 분해 수리 ∙ 국내 가능 ∙ 국내 가능

디젤 엔진 선정이 유리한 곳

① 비상 전원의 사용빈도가 적고 비상 전원의 중요도가 중시되지 않는 부하설비

② 냉각수 확보가 용이한 곳

③ 장시간 가동시 및 저압 발전 방식 채택시

④ 저렴한 초기 투자 Cost에 의한 비상 전원 확보

즉 비상 전원 확보시 설치 비용에 큰 비중을 두지 않는 일반적인 부하설비는 디젤

엔진 선정이 유리함

가스터빈 엔진 선정이 유리한 곳

① 비상 전원의 의존도가 높고 양질의 전원을 요구하는 설비

② 건축물을 Modernization화 할 경우

③ 냉각수 확보가 어렵고 진동 방지용의 별도 기초가 어려운 장소(고산지대의

특수설비의 비상 전원장치)

④ 열병합 발전 시스템 채택이나 Peak Cut 겸용 부하설비.전원설비 강의 080918.hwp 280

디젤 엔진 선정 Check Point

구 분 검 토 항 목

연 료 ∙ A중유․B중유․C중유․경유․등유

연소사이클 ∙ 4사이클

∙ 2사이클(발전기용으로는 거의 사용 안함)

연소방식 ∙ 직접분사식：기동성 및 연소효율이 좋으며 중․저속기관에 적용

∙ 예열분사식：소음 및 진동이 적으며 고속기관에 적용

실린더 ∙ 수직형：4, 6, 8기통

∙ V형：8, 12, 16기통

냉각방식 ∙ 수냉식：순환식, 냉각탑 순환식, 방류식 등이 있으며 500[kW]이상의 대용량에 적용.

∙ 공냉식：주로 라디에이터 방식으로 500[kW]미만의 소용량에 적용

회전속도 ∙ 저속도：900[rpm]이하

∙ 고속도：1,200[rpm]이상

기동방식 ∙ 전기식, 공기식

과급방식 ∙ 공기과냉식 ∙ 과급기

운전제어 방식별 제어내용 비교

구 분 수동기동․정지 스위치에 의한 제어

반자동식 전자동식

기 동 기관에 부착된기동장치로 조작

배전반의 조작 스위치로 기동

상용전원 정전시 부족전압 계전기로 자동기동

좌 동

차단기개폐 조작 스위치로 개폐

좌 동 조작 스위치 또는 전압계전기로 자동투입

전압계전기로 자동투입

정 지 기관에 부착된 정지장치로 정지

배전반의 조작 스위치로 정지

좌 동 상용전원이 회복되고 차단기가 개로되면 자동정지

기관 제어 × ○ ○ ○

계 전 기 × × ○ ○

조작스위치 × ○ ○ ○

보호 장치 ○ ○ ○ ○


개 요

-. 열병합 발전(Cogeneration)이란

에너지원으로부터 전력과 필요한 열에너지를 동시에 공급하는 System으로 일명

종합에너지 시스템(Total Energy System)이라고도 한다. 이러한 System이 최근

급격히 각광을 받는 이유는 그 에너지의 이용 효율이 다른 발전기 System보다

상대적으로 높기 때문이다.

Cogeneration의 현황

-. 화력발전소에서 증기터어빈 가동후 남은 폐열을 회수하는 방안을 강구하기 위하여

도입한 것으로 최근에는 일반 건축물에 도입하여

① 발생 동력：발전기와 압축식 Heat Pump의 구동에 이용하고

② 엔진의 폐열：냉․난방, 급탕에 이용하고 있음.

Cogeneration：System의 구성

-. 원동기 전력계통기기, 열계통기기, 연료계통기기들과 공해 방지기기로 구성

Cogeneration의 구성도


1) 원동기

① 원동기의 종류

Diesel엔진, Gas엔진, Gas Turbine엔진, 연료전지 등이 있음.

* 연료전지의 실용화는 미국, 일본에서 시험 운용중임.

② 원동기 System의 비교

구 분 디젤 엔진 가스 엔진 가스터빈 엔진

발전효율 가장 높다 중 간 가장 낮다

연 료 중유. 경유 도시가스, 프로판, 액화가스

석유계, 가스계

특 징 ∙ 단위출력당 건설비 저렴

∙ 자동운전용이

∙ 소규모에 적합

∙ 배기가스(NOx,SOx)에 대한 공해대책 필요

∙ 공해가 없다.

∙ 도심부에 적합

∙ 전력 수요 변동이 많은 건축설비의 열병합에 적합

∙ 폐열→증기회수

∙ NOx 배출이 적다.

∙ 정격출력의 90[%]이상 부하시 적합

∙ 중․대규모 설비에 적합

∙ 산업용으로 적합

전력계통기기

① 구성요소

동기 발전기, 유도 발전기가 있으며 비상 발전기와 겸용

② 보호장치, 배전반, Interlock 등으로 구성

열계통기기：

배출가스 Boiler, 열교환기, Cooling Tower등

Cogeneration System의 제어 종류

1) Tie-Line 조류 제어


발전기 출력을 제어하기 위하여 터빈 조속기의 속도 제어를 실시

2) 연료계통 제어

연료부족, 처리, 이동 및 공급을 감시 제어

3) Boiler 제어

4) Turbine 제어

5) Boiler-Turbine-Generator 기동․정지 제어

6) 발전기 제어

7) 공정 제어

전력계통과의 연계

① System의 효율 향상

② 예비 전력 확보 등 전원의 이중화에 의한 신뢰성 향상

③ 전원 품질의 향상

④ System의 단순화

계통 연계시 주의사항

① 적정한 System의 운전방식 채택

열중심형, 전기중심형, 정출력 운전형 중에서 중요시하는 System의 운전방식 채택

② 운전시간의 계획

③ System의 전기회로 구성：단독운전, 병렬운전 방식의 결정

④ 계통 연계상의 제어문제

⑤ 전압계통

㉠ 계통 병렬시 순시 전압강하 10[%]이내 유지

㉡ 발전기 단독운전시 순시 전압강하를 25[%]이내 유지

무정전장치의 개요

-. 최근 컴퓨터는 전원전압의 변동에 매우 민감해서 전압 저하, 순시 정전에서도 정지, 전원설비 강의 080918.hwp 284

오동작하고 데이터(data)를 소멸해 버리기도 한다. 일단 정지하면 재가동까지

장기간을 요하고 on line network 고장으로 은행 등 금융기관이 업무불능상태에

이르는 것처럼 고도 정보화 사회에서는 순시 전압 저하나 순시 정전이 큰 피해를

초래한다.

-. 대규모정전은 송배선의 “bypass 회로” 화력 등 전력회사의 설비보강, 기술력

향상에 따라 피할 수 있지만 교류전력의 송배전 기술상 수용가 말단에서 순시 정전은

피할 수 없는 상황이다. 특히 고층빌딩이 들어선 도심에서는 전력 소비의 기복이

격심해서 각각 수용가에 전력 공급의 불안정이 많아지고 있다.

-. 낙뢰나 주변 공장이나 공장 현장의 외부 요인에 의해 일어나는 전압 변동, 전압 파형

왜곡, 노이즈 발생 등은 현재의 사회 환경에 불가피하다 할 수 있다.

다양한 전원 trouble에서 컴퓨터나 단말기기의 data를 보호할 back up 전원이

UPS이다.

-. UPS는 1960년대부터 보급되기 시작했지만 컴퓨터의 역할과 컴퓨터에 대한 의존도가

높아짐에 따라 그 필수품으로 각광을 받고 있다.

-. 10[kVA] class까지는 중용량, 100[kVA]이상은 대용량 기종으로 구별되고 있다.

무정전장치의 기능

-. 무정전전원장치 또는 무정전전원 시스템이라고 하는 용어는 UPS라고 하는 용어에

근원을 두고 있는 것으로써 UPS는 Uninterruptible Power System의 머리글자를 딴

것이다.

-. UPS를 정의하고 있는 국제 규격(IEC 규격 : International Electrotechnical Commision

Standard)에 준하며,

-. 전기학회에서는 다음과 같이 무정전 전원 시스템을 정의하고 있다.

변환장치, 에너지 축적장치(예를 들면 축전지) 및 필요에 따라서 스위치를

조합함으로써 교류입력전원의 연속성을 확보할 수 있는 교류전원 시스템을 말하는

것이다.

-. 일본에서는 이를 CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)라고도 하며 이는

전력의 질을 우선한 용어이다.


무정전장치의 작동원리

-. UPS는 사용전원의 순단, 정전, 전압변동, 주파수변동, 파형왜곡 등에 의한 컴퓨터

응용기기의 오동작, 예측 불허한 정지를 방지하는 역할을 담당하고 있다.

-. 장치는 정류부(conventer : AC → DC), battery, filter, inventer(DC → AC)부로

구성되고 부가적으로 by pass 회로가 추가되어 있다.

1. 정류부(conventer) :

상용 전원 정전시 교류 입력전압을 정류기를 통해서 직류로 변환하는 역할을 한다.

2. 축전지(battery) :

상용 전원의 순단, 정전 및 전압 저하시 충전된 축전지가 back up 시간 동안 DC

전원을 공급한다.

3. filter(AC/DC) :

직류, 교류필터인 두 개로 분류되고 직류필터는 정류기에서 DC로 변환된 직류전압의

ripple을 평활하게 해주고, 교류필터는 DC에서 AC로 변환된 PWM 출력전압에 포함된

고조파를 제거하고 정현파 AC 전원을 만드는 역할을 한다.

4. inventer부 :

정류부와 DC 필터를 통과한 DC 전원이 인버터에서 부하에 필요로 하는 PWM

교류전압으로 변환하는 회로로 UPS에서 중요한 부분이다

5. bypass :

UPS의 출력부하가 정격 이상으로 초과하거나 UPS가 trip 되었을 때 부하를

상용전원으로 공급하는 회로로 순시과전류부하에 대응하기 위해 사용된다.

상시 인버터 급전방식

무정전 또는 안정된 전력을 공급하는 방식으로 상시는 상용을 수전하고 정전압,

정주파수의 전력을 부하에 공급한다. 상용전원 저하시는 축전지로부터의 전력공급에

의해 무정전화하고 있다.

단일운전방식


1. 부동충전방식 :

정전시 스위치 등의 절환 조작없이 축전지로부터 전력이 공급되기 때문에 비교적

높은 신뢰도로 무순단을 달성할 수 있다.

상시는 상용 교류입력을 정류기(rectifier)에서 일정 전압의 직류로 변환하고

축전지(battery)를 충전시킴과 동시에 인버터(inverter) 쪽으로 직류전력을 공급

정류기(rectifier)는 사이리스터(thyristor) 등의 제어소자가 이용되고, 다른 방식에

비하여 정류기의 크기가 약간 크게 되고, 효율도 약간 저하된다.

회로 구성이 간단하므로 소용량화 할 수 있다.

입력전압 변동이 큰 경우, 타 방식에서는 축전지 운전으로 되지만, 이 방식에서는

상용운전으로 할 수 있고, 전원 사정이 나쁜 지역 쪽에서 많이 이용되고 있다.

2. 직류 스위치 방식 :

정전시, 정전검출신호에 의해 직류 스위치(DC switch)를 ON 시켜서

축전지(battery)로부터 전력을 공급하는 방식으로 정류기(rectifier)를 무제어형으로 할

수 있으므로 효율 및 입력 역률은 비교적 좋다. 상시는 사용교류입력을 정류기에서

직류로 변환하여 인버터 쪽으로 직류전력을 공급하고 있다. 정류기가 무제어형이고

소형이지만, 직류 스위치회로, 전용충전기가 필요하게 되고, 회로구성이 복잡하게

된다.입력전압 변동이 큰 경우에는 축전지 운전으로 되는 빈도가 많아서, 전원 사정이

나쁜 지역에는 사용하기가 좋지 않다.

3. 다이오드 방식 :

직류 스위치에 다이오드(diode)를 사용하고 직류 스위치로부터 회로구성을 간단히 한

것이다. 정류기 출력전압이 축전지전압보다 낮게 되면 다이오드가 도통되어

축전지로부터 인버터를 통하여 교류 전력을 공급할 수 있도록 축전지전압을 정류기

출력전압보다 낮게 설정하고 있다.

그리고 축전지는 전용의 충전기에 의하여 충전되고 있다. 한편 인버터의 직류 입력

변동 범위가 넓게 되기 때문에 다른 방식과 비교하여 인버터의 크기가 약간 크게

된다.

4. 부동직류 스위치방식 :

입력전압에 관계없이 축전지전압을 선정할 수 있는 새로운 방식이다.


직류스위치부에 승․강압기능을 갖춘 초퍼(chopper) 회로를 설치한 것으로 상시는

초퍼회로를 충전기(charger)로 이용하고, 정전시에는 축전지전압을 인버터전압까지

상승시켜서 직류 전력을 인버터 공급하여 무정전화하는 방식이다.

정류기가 무제어형(uncontrolled type)으로 되고, 입력 역률은 높고, 소요 입력을

절감할 수 있는 한편 회로구성이 간단하다.

2. 상용 동기운전 방식

-. 인버터 공급과 상용급전의 절환시 출력전압 변동을 최소한으로 억제하고, 부하에

항상 안정된 전원을 공급하는 방식이다.

-. 인버터 출력과 상용 바이패스를 반도체 절환 스위치를 넣어서 접속하고, 상용전원을

최대한으로 활용하도록 하는 방식이다.

-. 상용 바이패스 전원이 정상시 UPS 장치는 상용 바이패스와 동기운전하고 있다.

부하에 과대한 돌입전류가 흐르는 경우, 혹은 UPS 장치에 고장이 발생한 경우 상용

바이패스 측에 무순단으로 절환시켜 인버터의 체격을 크게 하는 일 없이 시스템

신뢰도를 높이고 있다.

-. 상용전원의 신뢰성이 매우 높은 현 시점에서 단기운전방식에 비하여

코스트 업(cost up)되지만, 매우 신뢰성이 높은 시스템이라 할 수 있다.

3. 상시상용급전방식

-. 일반 전자기기가 요구하는 전원은 전압이 정격 ± 1[%] 이내,

주파수가 정격 ± 1[%] 이내로 있다면 충분한 경우

상용전력을 직접 사용하는 방식이 채용되고 있다.

-. 상시상용의 교류전력을 직접 부하 쪽으로 공급하고

충전기는 축전지를 충전하여 상용에 이상이 발생할 경우에 대비한다.

-. 상용전원에 이상(정전 ․ 전압 이하, 상승)이 발생하면 동시에 축전지의 직류전력이

인버터를 통하여 교류전력을 공급하며, 부하는 절환 스위치에 의해 인버터를 통하여

교류전력을 공급한다.

-. 순시전압 저하를 속히 검출하고, 인버터측으로 절환하는지가 중요하다.


-. 상용전원이 안정되어 있는 지역에서는 유효한 방식이고, 출력전압의 변동은 크지만

상시상용급전으로 있기 때문에 돌입전류에 대하여 강하고, 변환장치를 통하지 않기

때문에 종합적인 효율이 높고, 경제적이다.

-. 단시간 정전대책에 이용되는 경우가 많고 Inventer는 단시간 정격으로도 충분하기

때문에 저가격, 소형화 제품이 많이 채용되고 있어 이후 점점 더 mini UPS가 많이

이용되리라 생각된다.

-. 인버터의 대기방식에 따라

상시 인버터가 정지상태로 대기하는 콜드 스탠 바이 (cold stand by),

상시 인버터가 무부하 운전상태로 대기하는 핫 스탠 바이(hot stand by) 방식

무정전 전원장치 운전

1. 정상운전

-. 사용전원이 정류기와 인버터를 거쳐 양질의 전원을 공급

-. DC 전력의 일부는 battery의 부동충전을 담당한다.

2. 상용전원 차단

-. 정전시에는 정류기의 동작이 중단되며

무순단으로 축전지로 양질의 전력을 공급한다(CVCF)

-. 축전지의 설정 시간 동안 전력을 공급하며, 상용전원 회복시 정류기가 동작한다.

-. 정류기가 동작하면 즉시 battery는 자동으로 충전된다.

3. BY-PASS 회로운전

-. 정류기와 인버터의 고장을 상정한 것이다.

-. UPS가 고장이 날 경우 즉시 S/S(Static Switch)가 동작(150[μs] 이내)하고,

2~3[Hz] 이내에 CB를 통해 상용전원을 그대로 급전한다.

-. UPS가 정상화되면 UPS 회로와 By-Pass 회로가 병렬운전을 하면서

By-Pass 회로가 차단되어 정상 운전회로로 복귀한다.


안정화 전원장치의 종류와 특징

정전압 장치(AVR)

-. 전압을 일정하게 유지하는 장치로

유도 전압 조정기(IVR：Induction Voltage Regulator)

정지형 자동 전압 조정기(AVR：Automatic Voltage Regulator)가 있다.

정전압․정주파수 장치(CVCF：Constant Voltage Constant Frequency)

-. 전압과 주파수를 일정하게 유지하는 장치

회전형 CVCF와 정지형 CVCF가 있으며, 정지형 CVCF가 많이 사용된다.

무정전 전원장치(UPS：Uniterruptible Power Supply)

-. CVCF장치에 축전지를 결합한 장치

교류 입력 정전시에도 전력을 공급할 수 있는 기능을 갖춘 장치

회전형 UPS와 정지형 UPS가 있다.


안정화 전원장치의 특징 비교

구 분 장 점 단 점

정전압 장치 유도전압

조정기

∙가격저렴

∙대용량(100kVA)제작 가능

∙응답 속도가 늦다(30∼60초)

∙보수 필요

∙기계적 기구가 많고 수명이 짧다

정지형

자동전압

조정기

∙응답 속도가 빠르다

(0.1∼0.5초)

∙보수 불필요

∙부품이 마모되지 않아

수명이 길다

∙IVR에 비해 가격이 비싸다.

정전압․정주

파수 장치

회전형

CVCF

∙과부하 내량이 크다.

∙입력전원의 순간 정전에

강하다

∙효율이 나쁘고 응답속도가

늦다.

∙보수 필요

∙진동․소음이 크다

정지형

CVCF

∙응답 속도가 빠르며 효율이

좋다.

∙소음․진동이 적다

∙보수간편

과부하 내량이 적다

무정전

전원장치

회전형

UPS

회전형 CVCF와 동일 회전형 CVCF와 동일

정지형

UPS

정지형 CVCF와 동일 정지형 CVCF와 동일


무정전 전원장치의 구성

UPS 구성도(예)

원리

-. 교류 입력 전압을 정류하여 직류로 변환하고 DC Filter를 사용하여 완벽한 직류로

변환

-. 다른 정류기는 축전지를 충전시키며 계기용 변성기를 이용하여 정전을 검출하여

축전지를 개폐

-. 직류로 변환된 파형을 Inverter를 통하여 다시 교류로 변환 3상 변압기 및 AC Filter를

거쳐 양질의 3상 전원을 공급한다.

-. 무정전장치 내부에 이상이 발생되었을 때는 By Pass를 통하여 짧은 시간

(150μs：8∼10cycle)에 전원측에 연결한다.

용량 산정시 고려사항

① 부하 용량을 충분히 만족할 것

② 부하기동시 UPS 출력 한계치를 초과하지 않게 선정


③ 순차기동시 나중에 투입한 부하의 기동전류에 의해 출력 전압변동이 먼저 투입 한

부하의 허용치를 넘지 않을 것

④ 장래 부하 증설에 대한 고려

⑤ 가급적 표준 용량 산정

축전지 용량 산정

① 용량 선정 결정 조건

㉠ 방전 전류

㉡ 방전 시간

㉢ 방전 종지 전압

㉣ 축전지 액온도(연축전지의 경우 1℃변화에 용량 1%변화)

② 방전 전류 계산

I = ×× ×

××

단, ：UPS출력[kVA]

：부하 역률

：방전 종지 전압[V/cell]

：축전기 직렬 연결 개수

：인버터의 역변환(직류→교환) 효율

：콘버터의 부하율에 결정되는 효율

UPS용량 산정 방식

정상부하에 의한 산정 방식, 부하기동 용량에 의한 방식, 부하기동시 전압변동에 의한

방식 중 가장 큰 값을 선정

1) 정상부하에 의한 산정

≥


：여유율(일반적으로 1.0∼1.2 적용)

：1단원 투입시 부하 정상 전력[kVA]

2) 부하기동 용량에 의한 산정

≥

：최후로 투입하는 부하의 돌입 전력

3) 부하기동시 전압 변동에 의한 산정

≥

：1단계 투입시 부하동압전류

：전압변동 10[%]이내에 부하급변 허용계수(0.2∼0.5)

UPS와 전원과의 관계(비상발전기)

1) 고조파 발생

-. 입력측에 설치된 정류기에서 발생하고 고조파가 전원측으로 흘러나옴

2) 고조파의 영향

-. 자가발전기 가동시 자가발전 계통에 헌팅 현상 발생으로 국부적으로 온도가 상승하여

열발생

3) 고조파 방지대책

-. 발전기 용량을 UPS용량의 2.5∼3배 이상으로 선정

-. UPS부하가 발전기 전체 부하의 50[%]이하가 되도록 조정

UPS 운용 방식전원설비 강의 080918.hwp 294

1) 단일 모듈 방식

-. 용량은 부하 용량과 같고 By Pass 절제기능만 있음

2) 병렬 운용 방식

-. 2대 이상의 UPS 모듈을 병렬로 연결하여 부하 용량에 대처

3) 병렬 Stand By 운용 방식

-. UPS 모듈 1개 고장시 나머지 모듈로 급전하는 방식

부하의 중요도가 높은 경우 사용하며 신뢰도가 우수한 System.

무정전 전원공급장치

-. UPS란 상용전원을 AC-DC-AC로 변환하여 정전압, Battery에 저장되어 있던

DC전력을 교류로 변환하여 부하에 깨끗한 전기를 공급하므로써 계속적으로 안정된

운전을 보장해 주는 장치이며 Constant Voltage Constant Frequency:CVCF)라고도

한다.


구성

Inverter 직류를 교류로 바꿔주는 변환기

Rectifier 상용전원인 교류를 직류로 바꿔주는 변환기.

Battery 정전시 상용전원대신 충전된 에너지로 전원을 공급

Charger 평소에 상용전원을 받아 Battery를 충전

DC Switch Battery Backup용 Switch

AC Switch 상용전원 절체용 Switch

BLOCK DIAGRAM

On-Line방식

-. 정전시의 절환 동작이 안정되고 입력 돌입 전류가 없게 되나

DC Chock가 크고 무거워지며 입력 역률이 나빠진다.

DC-Switch방식

-. DC Chock가 없어 작고 가벼워지나 정전시 절환 및 Sequence가 복잡해지고

별도의 Charger 및 돌입전류에 제한회로가 필요

OFF-Line(Stand-by)방식

-. 정전 절환시에는 출력이 순간적으로 (4-8msec max)되나 전원설비 강의 080918.hwp 296

상용전원시에 부하의 돌입전류에 대해 강하게 됩니다.

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