연기용
(Ki-Yong Yeon)
1iD
김동규
(Dong-Kyu Kim)
2iD
이현명
(Hyeon-Myeong Lee)
2iD
김재언
(Jae-Eon Kim)
†iD
-
(Electrical Engineering Team, SK hynix)
-
(Chungbuk National University)
Copyright © The Korean Institute of Electrical Engineers(KIEE)
Key words
Low-Voltage Wiring, Over-current, Cable Design, Low-Voltage Line, Burnout
1. 서 론
전기산업계의 환경변화에 대한 적응성과 전기설비의 안전성, 신뢰성을 확보하여 국내 전력산업 기술발전과 국제 표준에 부합하기 위한 한국전기설비규정 (KEC:Korea
Electro-Technical Code)이 2018년 3월 제정되었으며, 유예기간을 거쳐 2021년 1월 시행될 예정이다. 국내 현장에서 수용가
구내 배선의 설계는 전기설비기술기준의 설계기준을 적용하고 있으며, 한국전기설비규정(KEC)에서는 케이블 규격의 선정기준과 과부하 보호장치 사이의 협조관계를
KS C IEC 60364에 따르도록 하고 있으나, 구내 저압 배선의 설계시에 이의 적용방법이 모호하여 과부하 전류로 케이블 소손이 발생하거나 과설계로
인한 경제성의 문제가 발생하고 있다.
따라서, 본 논문에서는 현재 케이블 규격과 과부하 보호장치의 협조관계에서 전기설비기술기준의 설계기준에 의한 설계방법의 문제점을 도출하고, 이 문제점을
해결하기 위해 KS C IEC 60364 규정과 수용률을 반영한 수용가 구내 저압 배선의 설계방법을 제시하고자 한다.
먼저, 현 관련 규정하에서 과전류차단기의 정격전류($I_{n}$)와 케이블의 연속 허용전류($I_{Z}$)의 과부하 보호협조가 되지 않아 케이블 소손의
우려가 있는 문제점을 일반부하와 동력 부하용 배선설계에 대하여 기술하고, 이 문제를 해결하기 위하여 KS C IEC 60364 기준을 토대로 보호장치의
동작전류($I_{2}$)를 고려한 과전류차단기의 정격전류($I_{n}$)와 케이블의 연속 허용전류($I_{Z}$)의 협조관계를 제안한다. 또한, 공동주택의
세대전용 간선은 「주택건설기준 등에 관한 규정」에 명시된 단위세대용량을 기준으로 세대 전용면적, 분양조건에 따라 가산부하를 적용하고, 공용부 간선은
부하리스트를 토대로 산정된 부하용량을 기준으로 내선규정 등의 자료를 참고한 수용률을 적용하여 간선 용량을 결정하고 있으나, 최근 대용량 전기부하의
보급으로 인한 수용률은 고려되어 있지 않아, 단위세대 부하용량의 증가를 고려한 합리적인 수용률의 적용도 제안한다. 그리고, 제안된 설계방법의 타당성
검증을 위하여 OO 공동주택 현장의 세대 및 동력 배선의 설계사례를 대상으로 하여 제안된 설계방법을 적용하여 분석을 수행하고, 그 결과를 고찰하기로
한다.
2. 현 규정하에서 저압 배선 설계상의 문제점
2.1 일반 부하용 배선 설계상의 문제점
과전류차단기의 정격전류($I_{n}$)는 대기 중에 노출된 상태에서 규정된 온도상승 한도를 초과하지 않고 연속하여 최대로 흘릴 수 있는 전류 값으로
정하고 있다. 과전류차단기의 동작전류($I_{2}$)는 과전류차단기가 규약시간 이내에 유효한 동작을 보장하는 전류로 제조사가 기술사양서에 공시하여
제공하거나, 제품 표준에 제시되어야 한다(5). 과전류차단기는 규정된 정격전류($I_{n}$)의 배수에 해당하는 동작전류($I_{2}$)가 흘렀을 때 규정된 시간 이내에 동작하여야 하며, 이때
동작전류($I_{2}$)가 케이블의 연속 허용전류($I_{Z}$)를 초과하는 경우에는 케이블이 과열되어 소손의 우려가 있다. 그림 1, 그림 2, 그림 3에서 보호장치의 정격전류($I_{n}$)는 과전류차단기의 정격전류($I_{n}$)를 의미하며, 보호장치의 동작전류를 조정할 수 있도록 제작된 경우에는
보호장치의 정격전류($I_{n}$)는 조정된 전류의 설정 값을 기준으로 한다.(5)
전기설비기술기준의 판단기준 제175조 2호에는 저압 옥내간선의 허용전류의 기준에 대하여 규정하고 있으며, 제175조 4호, 5호에는 저압 옥내간선을
보호하는 과전류차단기의 설치조건을 규정하고 있다. 제175조 4호에는 ‘저압 옥내간선의 전원 측 전로에는 그 저압 옥내간선을 보호하는 과전류차단기를
시설할 것’(4)으로 과전류차단기의 보호 대상이 저압 옥내간선임을 명시하고 있으며, 저압 간선에 접속되는 일반부하인 경우, 케이블(도체)의 허용전류($I_{Z}$)가
과전류차단기(보호장치)의 정격전류($I_{n}$)보다 더 큰 조건으로 선정하도록 규정하고 있다. 그림 1에서처럼 보호장치는 규정된 시간에 동작할 수 있는 동작전류($I_{2}$)에 의해 도체의 허용전류($I_{Z}$)를 초과한 과전류가 지속적으로 발생하여
케이블이 과열될 우려가 있다.
그림. 1. 일반부하용 배선 설계상의 문제점
Fig. 1. Problems with general load wiring design
2.2 동력 부하용 배선 설계상의 문제점
동력부하의 경우에도 전기설비기술기준의 판단기준 제175조 2호의 저압 옥내간선의 허용전류의 기준에 대한 규정과 제175조 4호, 5호의 저압 옥내간선을
보호하는 과전류차단기 설치의 조건에 적용을 받는다. 제175조 4호에는 ‘저압 옥내간선의 전원측 전로에는 그 저압 옥내간선을 보호하는 과전류 차단기를
시설할 것’(4)으로 과전류 차단기의 보호대상이 저압 옥내간선임을 명시하고 있다. 동력부하에서 과전류차단기(보호장치)의 정격전류($I_{n}$)와 케이블(도체)의
허용전류($I_{Z}$)의 기준을 살펴보면 전동기의 기동전류를 고려하여 전동기 정격전류($I_{M}$)의 3배와 다른 전기사용기구의 정격전류 합계(∑$I_{H}$)를
합산한 값과 간선 허용전류($I_{Z}$)의 2.5배 중 작은 값으로 과전류차단기(보호장치)의 정격전류($I_{n}$)를 선정하도록 하고 있으며,
케이블(도체)의 허용전류($I_{Z}$)는 전동기의 정격전류($I_{M}$)에 따라 여유율을 적용하고 다른 전기사용기구의 정격전류 합계(∑$I_{H}$)를
가산하여 선정하도록 하고 있다(4). 따라서, 과전류차단기(보호장치)의 정격전류($I_{n}$)가 케이블(도체)의 허용전류($I_{Z}$)보다 크게 선정되는 경우가 있어 제175조
4호에서 규정된 저압 옥내간선을 보호하는 목적에 부합하지 못하는 문제점이 있다. 동력부하의 분기회로에서도 제176조 6호의 “가”, “나”에 규정에
의해 과전류차단기(보호장치)의 정격전류($I_{n}$)가 케이블(도체)의 허용전류($I_{Z}$)보다 크게 선정되는 동일한 문제점을 발견할 수 있다.
그림 2는 동력부하의 과부하 보호 설계의 문제점을 나타내고 있으며, 전동기 용량에 따라서는 보호장치의 정격전류($I_{n}$)가 케이블의 허용전류($I_{Z}$)보다
크게 적용되는 경우가 발생할 수 있어 과부하 보호를 위한 열동계전기, EOCR(Electronic Over Current Relay) 등의 추가적인
과부하 보호장치와 적절한 보호협조가 이루어지지 않을 경우에는 과부하 전류로 인한 케이블의 소손 우려가 있다.
그림. 2. 동력부하용 배선 설계상의 문제점
Fig. 2. Problems with power load wiring design
3. 저압 배선의 설계방법
전기설비기술기준에서 저압간선에 접속되는 일반부하인 경우 보호장치의 정격전류($I_{n}$)보다 케이블의 허용전류($I_{Z}$)가 더 큰 조건으로
설계하는 반면, KS C IEC 60364-4-43(안전을 위한 보호-과전류에 대한 보호)에서는 보호장치의 정격전류($I_{n}$)와 케이블의 허용전류($I_{Z}$)의
협조관계($I_{B}$≤$I_{n}$≤$I_{Z}$) 뿐만 아니라 보호장치의 동작전류($I_{2}$)와 케이블의 과부하 내열특성($I_{Z}$×1.45)을
고려한 협조관계($I_{2}$≤1.45×$I_{Z}$)의 조건을 만족하도록 요구하고 있으므로 보호장치의 동작전류($I_{2}$)는 케이블의 허용전류($I_{Z}$)의
1.45배 이하가 되도록 설정하여야 한다. 1.45×$I_{Z}$는 케이블에 허용전류($I_{Z}$)의 1.45배의 전류가 60분간 지속될 때 연속사용온도에
도달하는 지점이다. 이 점을 케이블의 과부하 보호점이라고 하며 과부하 보호의 대상이 된다(5). 보호장치의 정격전류($I_{n}$)는 정상운전시 흐르는 최대사용전류와 전동기 등과 같이 기동전류가 큰 부하의 경우에는 기동시 과전류 보호장치가
오동작하지 않도록 선정하여야 할 필요가 있다(5).
한편, 한국전기설비규정(KEC)에는 저압 옥내 간선의 선정시 수용률·역률 등이 명확한 경우에는 부하전류의 산정시 수용률을 적용하도록 하고 있으나,
향후 증가 될 것으로 예상되는 전기부하의 용량과 그에 맞는 합리적인 수용률을 명확하게 결정하기에는 어려움이 많은 실정이다. 일반적으로 공동주택의 세대
전용 간선의 수용률은 대한전기협회 「내선규정 부록 300-2 간선의 수용률」(7)을 적용하고 있다. 「내선규정 부록 300-2 간선의 수용률」(7)에서는 간선에 연결되는 세대 수를 기준으로 하여 수용률을 제시하고 있으나, 최근 대용량 전기부하의 보급으로 인한 단위세대 부하용량의 증가를 고려한
수용률을 제시하여야 할 필요성이 있다. 또한, 공용부의 다양한 용도의 전기부하(전등/전열 및 동력)와 신규 도입되는 시설(전기차 충전설비 등)에 적합한
수용률은 제시하고 있지 않아 설계사별로 자체적인 데이타를 적용하고 있다. 따라서, 대용량 전기설비의 보급과 전기차 충전설비 등 새로운 시스템의 도입을
고려한 합리적인 수용률의 기준을 마련하고 이를 저압배선의 설계시에 반영해야 한다.
전술의 사항을 고려하여 수용률(α), 케이블 허용전류($I_{Z}$) 및 보호장치 동작전류($I_{2}$)를 고려한 간선의 설계방법을 그림 3과 같이 제시한다. 그림 3에서의 보호장치의 정격전류($I_{n}$)와 케이블(도체)의 허용전류($I_{Z}$)의 관계는 KS C IEC 60364-4-43 (안전을 위한 보호-과전류에
대한 보호)에서 규정한 설계전류($I_{B}$)와 케이블(도체)의 허용전류($I_{Z}$), 과전류 차단기(보호장치)의 정격전류($I_{n}$)의
협조조건을 하나의 관계식으로 정리하여 표기하였다.
그림. 3. 수용률(α), 케이블 허용전류($I_{Z}$) 및 보호장치 동작전류($I_{2}$)를 고려한 저압 배선의 설계방법
Fig. 3. Design method of low voltage wiring considering demand factor(α), cableallowable
current($I_{Z}$) and protection device operating current($I_{2}$)
그림 3에서와 같이 동일 간선에 연결된 부하전류의 합계($I_{L}$)에 최대수요전력과 동시사용 조건을 고려한 수용률을 적용하여 설계전류($I_{B}$)를
결정하면, 과부하 전류로 인한 케이블의 소손방지뿐만 아니라 보호장치의 정격전류($I_{n}$)와 케이블(도체)의 굵기까지 감소시킬 수 있어, 경제적이고
합리적인 간선설계가 가능하다. 그림 3의 수용률을 고려한 조정된 회로의 설계전류($I_{B}$)와 보호장치의 정격전류($I_{n}$) 및 케이블(도체)의 과부하 내열특성($I_{Z}$×1.45)의
관계식을 다음과 같이 도출할 수 있다.
전술의 사항을 고려하여 과부하 전류로 인한 케이블 소손방지 및 경제적인 저압 배선설계를 위한 절차를 그림 4와 같이 제시한다.
그림. 4. 과부하 전류로 인한 케이블 소손방지를 위한 저압 배선의 설계 절차
Fig. 4. Design procedure for low-voltage wiring to prevent cable burnout owing to
over-current
Step 1에서 세대 전용 간선의 단위세대 부하용량은 「주택건설기준 등에 관한 규정」(8)에 준하여 산정하고, 세대 전용 간선의 수용률(α)은 간선에 연결된 세대 수를 기준으로 하여 대한전기협회 「내선규정 부록 300-2 간선의 수용률」(7)을 적용한다.
Step 2에서 수용률(α)이 적용된 부하용량을 토대로 회로의 설계전류($I_{B}$)를 결정한다.
Step 3에서 도체의 허용전류($I_{Z}$)는 간선의 설치조건과 외적환경(주위온도, 복수회로그룹 저감계수 등)을 고려하여 선정한다.
Step 4에서 보호장치의 정격전류($I_{n}$)는 회로의 설계전류($I_{B}$)를 기준으로 선정하며, 동력부하인 경우 기동전류-시간의 조건을
고려하여 선정한다.
Step 5에서 결정된 회로의 설계전류($I_{B}$)와 도체의 허용전류($I_{Z}$), 보호장치의 정격전류($I_{n}$)에 따라 $I_{B}$≤$I_{n}$≤$I_{Z}$(정상시
허용전류를 고려한 설계) 조건과 Step 6에서 $I_{2}$≤1.45×$I_{Z}$(보호장치 트립전류를 고려한 설계) 조건의 만족 여부를 판단하여
도체와 과부하 보호장치의 보호협조를 검토한다.
Step 7에서는 도체와 과부하 보호장치간 보호협조의 관계를 만족하지 못한 경우에는 도체의 단면적을 크게 조정하여 보호협조 관계를 만족할 수 있도록
하고, 조정된 도체의 단면적을 기준으로 Step 5와 Step 6의 조건을 만족하는지를 검토하여 도체의 단면적을 결정한다.
Step 8에서는 Step 7의 조건을 만족하는 경우 간선의 도체 단면적과 과부하 보호장치의 규격을 확정하고 간선계통도 등의 설계도서를 작성한다.
4. 적용사례 및 고찰
4.1 적용대상 선정
적용대상은 OO 공동주택의 설계사례로서, 수전용량 2,300kVA, 세대 전용 변압기 500kVA 3대와 공용/동력용 변압기 800kVA 1대를 반영하기로
하고, 전기실로부터 각 동별 세대 전용과 공용부(전등/전열, 승강기, 배수펌프, 제연FAN, 비상 콘센트 등)의 수평간선 및 기계실(저수조 기계실,
열교환기실, 지열 기계실)에 대한 동력간선과 분기선의 설계 타당성을 분석 및 고찰하기로 한다.
4.2 제안된 설계방법의 적용
4.2.1 세대 전용부하(LM-101)의 간선 설계 사례
표 1은 KS C IEC 60364 기준을 반영한 세대 전용부하(LM-101)의 간선 설계 사례를 요약한 결과이다.
표 1. 세대 전용부하(LM-101)의 간선 설계 사례
Table 1. Case study on the design of the residential area feeder(LM-101)
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설계 절차
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결정 사항
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Step 1
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연결부하 312kVA(수용률 47%)
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Step 2
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설계전류($I_{B}$)=222.8A(147kVA)
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Step 3
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허용전류($I_{Z}$)=255A-95㎟/1C
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Step 4
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보호장치 정격전류($I_{n}$)=225A
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Step 5
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$I_{B}$(222.8A)≤$I_{n}$(225A)≤$I_{Z}$(255A)
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Step 6
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$I_{2}$(293A)≤1.45×$I_{Z}$(370A)
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Step 7
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Step 5와 Step 6의 조건을 검토
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Step 8
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설계도서(간선계통도 등) 작성
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Step 1인 공동주택의 단위세대 부하용량 산정은 「주택건설기준 등에 관한 규정」(8)에 따라 다음과 같이 결정한다. 세대 전용의 간선 굵기는 단위세대 부하용량의 합계에 수용률을 적용하여 결정하며, 수용률은 「내선규정 부록 300-2
간선의 수용률」(7)의 값을 적용한다. 해당 사례에서 세대 전용부하(LM-101)의 간선에는 104세대(전용면적 59㎡)가 연결되어 있어, 간선의 연결 부하는 312kVA(단위부하
3kVA×104세대)로 결정되었으며, 수용률은 각 상에 연결된 가장 큰 세대 수(R상:34세대, S상:34세대, T상:36세대)를 적용하여 수용 부하는
147kVA (312kVA×47%)로 산정하였다. 표 2는 세대 전용간선(LM-101)의 부하산정을 정리한 것이다.
표 2. 세대 전용간선(LM-101)의 부하산정
Table 2. Load calculation of the residential area feeder(LM-101)
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세대 단위 부하
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연결 부하
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수용률
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수용 부하
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3 kVA
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312 kVA
(3 kVA×104세대)
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47 %
(36세대 기준)
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147 kVA
(222.8 A)
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Step 2에서는 표 2를 토대로 회로의 설계전류($I_{B}$)를 222.8A로 결정하고, Step 3에서는 도체의 허용전류($I_{Z}$)를 F-CV 95㎟/1C(허용전류
255A)로 결정한다.
Step 4에서는 과전류차단기의 정격전류($I_{n}$)는 설계전류($I_{B}$)보다 크고 케이블의 허용전류($I_{Z}$)보다 작아야 하므로 225A로
선정한다.
Step 5에서는 정상시 허용전류를 고려한 설계조건을 적용하면 회로의 설계전류($I_{B}$)와 과전류차단기의 정격전류($I_{n}$)와 케이블의
허용전류($I_{Z}$)의 관계는 식 (2)와 같게 된다.
Step 6에서는 보호장치의 동작전류($I_{2}$)는 과전류차단기의 규약시간 이내에 동작하는 것을 보증하는 전류로 산업용 과전류차단기를 사용하는
경우에는, 정격전류 130%의 과전류가 규약시간동안 지속되면 과전류차단기가 동작한다. 정격전류 225A의 배선용 차단기를 사용하는 경우에 동작전류($I_{2}$)는
식 (3)과 같게 된다.
차단전류의 최대 한계값인 1.45×$I_{Z}$의 계산값은 식 (4)와 같으며, 1.45×$I_{Z}$의 값이 동작전류($I_{2}$)보다 크게 되어 보호장치의 트립전류를 고려한 설계조건인 $I_{2}$≤1.45×$I_{Z}$의
조건을 만족하게 된다.
Step 7에서는 Step 5의 정상시 허용전류를 고려한 설계조건과 Step 6의 보호장치의 트립전류를 고려한 설계조건의 만족여부를 검토하여 도체의
단면적을 F-CV 95㎟/1C(허용전류 255A)로 결정하고, Step 8에서 간선의 도체 단면적과 과부하 보호장치의 규격을 확정하여 간선 계통도
등의 설계도서를 작성한다.
4.2.2 동력부하(급수펌프)의 분기회로 설계 사례
표 3은 KS C IEC 60364 기준을 반영한 동력부하(급수펌프)의 분기회로 설계 사례를 요약한 결과이다.
표 3. 동력부하(급수펌프)의 분기회로 설계 사례
Table 3. Case study on the design of the power branch line(Feedwater Pump)
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설계 절차
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결정 사항
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Step 1
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3상 380V 7.5kW(9.3kVA)
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Step 2
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설계전류($I_{B}$)=14.1A
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Step 3
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허용전류($I_{Z}$)=32A-4㎟/3C
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Step 4
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보호장치 정격전류($I_{n}$)=20A
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Step 5
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$I_{B}$(14.1A) ≤ $I_{n}$(20A) ≤ $I_{Z}$(32A)
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Step 6
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$I_{2}$(26A)≤1.45×$I_{Z}$(46.4A)
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Step 7
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전동기 기동전류를 고려하여 보호장치와 도체의
단면적을 조정
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Step 8
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$I_{B}$(14.1A)≤$I_{n}$(40A)≤$I_{Z}$(42A-6㎟/3C)
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Step 1에서는 설계대상이 되는 동력부하(급수펌프)의 정격은 표 4와 같다.
표 4. 동력부하(급수펌프)의 정격
Table 4. Specification of power load(Feedwater Pump)
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정격전압
정격용량
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3상 380V
7.5kW(9.3kVA)
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기동전류
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115.2A
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정격전류
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14.1A
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기동시간
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10초
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Step 2에서는 회로의 설계전류($I_{B}$)는 전동기의 명판을 참고하여 14.1A로 결정한다.
Step 3에서는 도체의 허용전류($I_{Z}$)는 F-CV 4㎟/3C(허용전류 32A)로 결정하였고, Step 4에서는 과전류차단기의 정격전류($I_{n}$)은
설계전류($I_{B}$)보다 크고 케이블의 허용전류($I_{Z}$)보다 작아야 하므로 아래와 같이 20A로 결정한다.
Step 5에서는 정상시 허용전류를 고려한 설계조건을 적용하면, 회로의 설계전류($I_{B}$)와 과전류차단기의 정격전류($I_{n}$)와 케이블의
허용전류 ($I_{Z}$)의 관계는 식 (5)와 같게 된다.
Step 6에서는 보호장치의 동작전류($I_{2}$)는 과전류차단기의 규약시간 이내에 동작하는 것을 보증하는 전류로 산업용 과전류차단기를 사용하는
경우에는, 정격전류 130%의 과전류가 규약시간동안 지속되면 과전류차단기가 동작한다. 정격전류 20A의 배선용 차단기를 사용하는 경우에 동작전류($I_{2}$)는
식 (6)과 같게 된다.
차단전류의 최대 한계값인 1.45×$I_{Z}$의 계산값은 식 (7)과 같으며, 1.45×$I_{Z}$의 값이 동작전류($I_{2}$)보다 크게 되어 보호장치의 트립전류를 고려한 설계조건인 $I_{2}$≤1.45×$I_{Z}$의
조건을 만족하게 된다.
동력 부하의 경우 전동기의 최대기동전류(Ims=115.2A)가 10초 동안 흐를 때 하기 식 (8)의 계산 값 이상의 과전류차단기를 선정하여 전동기 기동시 과전류차단기가 동작하지 않도록 하여야 한다.
따라서, 식 (8)의 결과에 여유율을 고려하여 배선용 차단기의 정격전류는 40A를 선정한다.
Step 7에서는 전동기의 최대기동전류를 고려한 과전류차단기의 정격전류가 20A에서 40A로 조정됨에 따라 정상시 허용전류의 조건에 적합하도록 도체의
허용전류가 40A 이상이 되는 케이블의 굵기는 F-CV 6㎟/3C(허용전류 42A)로 조정한다. Step 5의 정상시 허용전류를 고려한 설계조건과
Step 6의 보호장치의 트립전류를 고려한 설계조건의 만족여부를 검토하여 도체의 단면적을 F-CV 6㎟/3C(허용전류 42A)로 결정하고, Step
8에서 간선의 도체 단면적과 과부하 보호장치의 규격을 식 (9)로 확정하여 간선 계통도 등의 설계도서를 작성한다.
4.3 설계에 대한 타당성 검토
OO 공동주택 현장의 세대 전용 및 공용부 간선과 동력 간선 및 분기선의 설계사례를 모델링하여 제안한 설계방법과 기존 규정에 의한 설계방법의 적용결과에
대한 내용을 하기에 기술한다.
먼저, 다음의 표 5와 표 6은 전기실로부터 각 동까지 세대 전용 간선 중 LM-101, LM-102, LM-103의 부하 List와 설계 결과를 나타낸다. 표 6에 따르면 전기실 주배전반으로부터 각 동의 세대 전용부 분전반 구간에 대해서 제안된 설계방법에 의해 설계된 경우와 기존 전기설비기술기준에 의해 설계된
경우를 비교해 보면, 간선 케이블의 굵기는 차이가 없음을 알 수 있다.
표 5. 세대 전용 간선의 부하 List
Table 5. Load List of residential area feeder
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부하 명칭
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부 하 (LOAD)
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연결 부하
[kVA]
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수용률
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수용 부하
[kVA]
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정격전류
IB[A]
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LM-101
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312
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0.47
|
147
|
222.8
|
|
LM-102
|
348
|
0.46
|
160
|
243.2
|
|
LM-103
|
348
|
0.46
|
160
|
243.2
|
표 6. 세대 전용 간선의 설계 결과
Table 6. Design result of residential area feeder
|
부하
명칭
|
KS C IEC 60364
|
전기설비기술기준
|
|
케이블
|
차단기
|
보호협조 검토
|
케이블
|
차단기
|
보호협조검토
|
|
규격
[㎟]
|
허용전류
$I_{z}$[A]
|
[AF/AT]
|
$I_{n}$≤$I_{z}$
|
$I_{2}$
($I_{n}$×1.3)
|
$I_{z}$×1.45
|
$I_{2}$≤$I_{z}$×1.45
|
규격
[㎟]
|
허용전류
$I_{z}$[A]
|
[AF/AT]
|
$I_{n}$≤$I_{z}$
|
|
LM-101
|
95
|
255
|
225
|
/
|
225
|
OK
|
293
|
370
|
OK
|
95
|
255
|
400
|
/
|
250
|
OK
|
|
LM-102
|
95
|
255
|
400
|
/
|
250
|
OK
|
325
|
370
|
OK
|
95
|
255
|
400
|
/
|
250
|
OK
|
|
LM-103
|
95
|
255
|
400
|
/
|
250
|
OK
|
325
|
370
|
OK
|
95
|
255
|
400
|
/
|
250
|
OK
|
다음의 표 7과 표 8은 전기실 주배전반으로부터 각 동까지 세대 공용부 간선 중 PM-101, PM-102, PM-103의 부하 List와 설계 결과를 나타낸다. 세대
공용부 간선은 각 동별 공용부의 전등/전열, 승강기, 배수펌프, 제연FAN, 비상 콘센트 등의 전원을 공급한다.
표 7. 세대 공용부 간선의 부하 List
Table 7. LOAD List of public area feeder
|
부하 명칭
|
부 하 (LOAD)
|
|
연결 부하
[kVA]
|
수용률
|
수용 부하
[kVA]
|
정격전류
IB[A]
|
|
PM-101
|
214
|
0.73
|
156
|
237.4
|
|
PM-102
|
153
|
0.57
|
87
|
132.7
|
|
PM-103
|
153
|
0.57
|
87
|
132.7
|
표 8. 세대 공용부 간선의 설계 결과
Table 8. Design result of public area feeder
|
부하
명칭
|
KS C IEC 60364
|
전기설비기술기준
|
|
케이블
|
차단기
|
보호협조 검토
|
케이블
|
차단기
|
보호협조검토
|
|
규격
[㎟]
|
허용전류
$I_{z}$[A]
|
[AF/AT]
|
$I_{n}$≤$I_{z}$
|
$I_{2}$
($I_{n}$×1.3)
|
$I_{z}$×1.45
|
$I_{2}$≤$I_{z}$×1.45
|
규격
[㎟]
|
허용전류
$I_{z}$[A]
|
[AF/AT]
|
$I_{n}$≤$I_{z}$
|
|
PM-101
|
95
|
255
|
225
|
/
|
225
|
OK
|
293
|
370
|
OK
|
95
|
255
|
400
|
/
|
250
|
OK
|
|
PM-102
|
50
|
161
|
225
|
/
|
150
|
OK
|
195
|
233
|
OK
|
50
|
161
|
255
|
/
|
150
|
OK
|
|
PM-103
|
50
|
161
|
225
|
/
|
150
|
OK
|
195
|
233
|
OK
|
50
|
161
|
255
|
/
|
150
|
OK
|
표 8에 따르면 전기실 주배전반으로부터 각 동의 세대 공용부 분전반 구간에 대해서 제안된 설계방법에 의해 설계된 경우와 기존 전기설비기술기준에 의해 설계된
경우 간선 케이블의 굵기는 차이가 없음을 알 수 있다.
표 9와 표 10은 전기실 주배전반으로부터 기계실(저수조 기계실, 열교환기실, 지열 기계실)까지의 동력 간선의 부하 List와 설계 결과이다. 동력부하는 일반적으로
전동기의 용량에 따라 기동전류를 제한하기 위한 기동방식이 결정되며, 표 9에서 최대 전동기의 기동전류는 직입기동(DOL: Direct On Line)은 7.2배, 리액터 기동(Reactor)은 4.68배(at 65% TAP)를
적용하였다.
표 9. 동력 간선의 부하 List
Table 9. LOAD List of power feeder
|
부하 명칭
|
부하 종류
|
전체 부하
|
최대 전동기
|
|
부하 용량
[kVA]
|
정격전류
IB[A]
|
전동기 용량
[kVA]
|
기동방식
|
기동전류[A]
|
|
MCC-1
|
급수펌프
|
42.5
|
64.6
|
13.4
|
DOL
|
146.9
|
|
MCC-2
|
배수펌프
|
54.0
|
82.1
|
4.7
|
DOL
|
51.1
|
|
MCC-3
|
소화펌프
|
179.9
|
273.3
|
88.2
|
REACTOR
|
627.1
|
|
MCC-4
|
급배기 FAN
|
47.4
|
71.9
|
13.4
|
DOL
|
146.9
|
|
MCC-5
|
지열순환펌프
|
51.4
|
78.1
|
19.1
|
DOL
|
208.1
|
표 10. 동력 간선의 설계 결과
Table 10. Design result of power feeder
표 10에 따르면 동력 간선에 대해서는 MCC-1(급수펌프)와 MCC-3(소화펌프)의 경우 제안된 설계방법에 의해 설계된 경우가 기존 전기설비기술기준에 의해
설계된 결과보다 케이블의 굵기가 감소함을 알 수 있다. 이는 기존 전기설비기술기준에서는 최대 전동기의 정격전류에 3배를 기준으로 차단기의 용량을 선정하여
케이블의 연속 허용전류와 협조가 되지 않아 케이블의 굵기를 증가시킨 반면, 제안된 설계방법에서는 최대 전동기의 기동시간(10초)과 차단기의 동작특성을
고려하여 선정한 결과로 판단된다.
표 11과 표 12는 기계실(저수조 기계실, 열교환기실, 지열 기계실)의 MCC(Motor Control Center)에서 각 부하까지 동력 분기선의 부하 List와
설계 결과이다.
표 11. 동력 분기선의 부하 List
Table 11. LOAD List of power branch line
|
부하 명칭
|
부하 종류
|
전동기 용량
[kVA]
|
정격전류
$I_{B}$[A]
|
기동방식
|
기동전류[A]
|
|
MCC-1
|
급수펌프1
|
13.4
|
20.4
|
DOL
|
169.2
|
|
급수펌프2
|
9.3
|
14.1
|
DOL
|
115.2
|
|
급수펌프3
|
6.8
|
10.4
|
DOL
|
84.2
|
|
급수펌프4
|
2.8
|
4.2
|
DOL
|
33.8
|
|
MCC-3
|
소화 주펌프
|
88.2
|
134.0
|
REACTOR
|
748.8
|
|
소화 충압펌프
|
9.3
|
14.1
|
DOL
|
115.2
|
|
MCC-4
|
급배기 FAN
|
13.4
|
20.4
|
DOL
|
135.4
|
|
MCC-5
|
지열순환펌프1
|
19.1
|
28.9
|
DOL
|
239.8
|
|
지열순환펌프2
|
9.6
|
14.5
|
DOL
|
118.1
|
|
지열순환펌프1
|
7.2
|
10.9
|
DOL
|
89.3
|
표 12. 동력 분기선의 설계 결과
Table 12. Design result of power branch line
표 12에 따르면 동력 분기선에서는 MCC-1(급수펌프1,2)와 MCC-3(소화 주펌프, 충압펌프), MCC-4(급배기팬), MCC-5(지열순환펌프1,2)에
대하여 제안된 방법에 의해 설계된 경우가 기존 전기설비기술기준에 의해 설계된 결과보다 케이블의 굵기가 증가함을 알 수 있다. 특히 전기설비기술기준에
의한 설계된 결과는 케이블의 연속 허용전류($I_{Z}$)가 차단기의 정격전류($I_{n}$)보다 작아 정상시 허용전류의 조건에 의한 과전류 보호가
되지 않은 구간이 확인되나, 제안된 설계방법에 의해 설계된 경우는 차단기의 정격전류($I_{n}$)와 케이블의 연속 허용전류($I_{Z}$)의 관계
및 차단기의 동작전류($I_{2}$)와 케이블의 과부하 내열특성($I_{Z}$×1.45)의 관계의 조건이 만족됨을 알 수 있다.
4.4 고찰
분석결과, 전기실 저압배전반으로부터 세대 전용 간선과 세대 공용부 간선에 대해서는, 제안된 방법에 의해 설계된 경우와 기존 전기설비기술기준에 의해
설계된 경우 간선 규격의 차이가 없음을 확인할 수 있다. 동력 간선에 대해서는, 제안된 방법에 의해 설계된 경우가 MCC-1(급수펌프)와 MCC-3(소화펌프)
구간에서는 기존 전기설비기술기준에 의해 설계된 경우보다 간선 규격이 감소하였다. 이것은 해당 MCC(Motor Control Center)를 구성하는
전체 부하용량 합계와 최대 전동기 용량의 비율이 간선 규격의 감소에 영향을 미치는 것으로 보인다. 동력 분기선에 대해서는, MCC-1(급수펌프1,2)와
MCC-3(소화 주펌프, 충압펌프), MCC-4(급배기팬), MCC-5(지열순환펌프1,2)의 경우 제안된 방법에 의해 설계된 경우가 기존 전기설비기술기준에
의해 설계된 결과보다 케이블의 굵기가 증가함을 확인할 수 있었다. 이것은 전기설비기술기준에 의해 설계된 결과에서 일부 구간의 케이블의 연속 허용전류($I_{Z}$)가
차단기의 정격전류($I_{n}$)보다 작아 정상시 허용전류의 조건에 의한 과전류 보호가 되지 않은 것으로 판단되며, 제안된 방법에 의해 설계된 경우는
차단기의 정격전류($I_{n}$)와 케이블의 연속 허용전류($I_{Z}$)의 관계 및 차단기의 동작전류($I_{2}$)와 케이블의 과부하 내열특성($I_{Z}$×1.45)의
관계의 조건을 만족하기 위해 케이블 규격이 증가됨을 확인할 수 있었다.
5. 결 론
본 논문에서는 현재의 규정하에서 저압 배선의 설계상의 문제점을 도출하고, 그 문제점을 해결하기 위해 KS C IEC 60364 규정을 반영한 과부하
전류로 인한 케이블 소손방지를 위한 설계방법과 경제적인 설계를 위한 수용률의 적용방법을 제시하였다. 제시된 저압 배선 설계방법의 타당성을 검증하기
위하여 OO 공동주택 현장의 구내 저압 배선인 전기실 저압배전반으로부터 각 동별 주배전반까지의 세대전용 및 공용부의 수평 간선과 기계실(저수조 기계실,
열교환기실, 지열 기계실)에 대한 동력 간선과 분기선의 설계사례를 모델링하고, 그 타당성을 분석 및 고찰하였다. 그 결과, 일반부하 및 동력 부하
모두에서 제안된 배선설계방법이 기존의 규정에 의거한 설계방법보다 과전류로 인한 케이블 소손을 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다. 차후, 한국전기설비규정(KEC)
도입 초기에 예상되는 현장의 혼란을 최소화하고, 경제적이고 합리적인 배선설계를 적용하는데 본 논문의 결과가 유용한 참고자료로 활용되기를 기대한다.
Acknowledgements
This work was supported in part by the Basic Science Research Program through the
National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education under
Grant 2020R1 A6A1A12047945
References
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and erection of electrical equipment - Wiring systems
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Ministry of Trade, Industry and Energy, 2019, Technical Regulation in Electricity
Business Act
Korea Electric Association, Technical guide for electric shock and over-current protection
(KECG 1702-2019)
Korea Electric Engineers Association, 2017, KS C IEC 60364 and 62305 Guidebook
Korea Electric Association, 2016, Consumer's Electrical Installation Guide
Korea Ministry of Government Legislation, 2018, Regulations on Housing Construction
Standards, etc.
Ministry of Trade, Industry and Energy, 2018, Enactment of Korea Electro-Technical
Code, Public notice No. 2018-108.
Korea Electric Association, 2016, Technical guidebook for Technical Regulation in
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Min-Soo Hwang, Han-Soo Kim, Dae-Sung Shin, Yong- Sung Kim, An-Ki Lee, Jae-Chul Kim,
2016, A Selecting Method on Electric Wire and Cable in Low Voltage Electric Equipment
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Doo-Ung Kim, Kyu-Sang Ryu, Han-Soo Kim, Dae-Sung Shin, Ki-Hwan Ryu, Chul-Hwan Kim,
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Voltage Electrical Installation integration Test Site based on IEC 60364, KIIEE, Vol.
29, No. 9, pp. 59-64
저자소개
He received the B.S. degree in techno manage- ment from Chungbuk National University
in 2013 and also received M.S. degree in electrical engineering from Chungbuk National
University in 2020.
He has been working at SK hynix as a engineer since 2008.
His current interests are design of electrical facility for buildings according to
IEC standard.
He received the B.S. degree in electrical engineering from Chungbuk National University,
Korea, in 2019.
He is currently working toward his M.S. degree in electrical engineering at Chungbuk
National University.
His research interests include operation and design of power distribution systems
with distributed generation.
He received the B.S. degree in electrical en- gineering from Chungbuk National University,
Korea, in 2020.
He is currently working toward his M.S. degree is electrical engineering at Chungbuk
National University.
His research interests include operation and design of power distribution systems
with distributed generation.
He received the B.S. and M.S. degrees from the University of Hanyang in 1982 and 1984,
respecttively.
He was affiliated with KERI as a researcher from 1984 to 1989; a senior researcher
from 1989 to 1996; and a team leader of advanced distribution systems and custom power
lab from 1997 to 1998.
He received his Ph.D. from Kyoto University, Japan in 1996.
He has been a professor at Chungbuk National University since 1998.
His current interests are design of Distributed Energy Resources; analysis of power
quality; operation and design of AC & DC power distribution systems with DER and advanced
distribution systems such as microgrid, LVDC and MVDC.