제4장 수·변전설비

제4장 수·변전설비

4.1 일반사항

4.1.1 적용범위
(1) 건축물에서 154[kV]이하 전력 인입설비, 변전설비, 배전반 설계의 일반적인 사항에 관하여 적용한다.
(2) 토목공사 등에 시행되는 구내 수변전설비 설계에 관한 사항은 4장에 준한다.

4.1.2 설계 진행순서
수·변전설비의 설계 진행순서는 다음을 참조한다.



4.2 수전방식

4.2.1 설계방법
(1) 수전전압과 수전설비 시스템을 선정한다.
(2) 지중 배전선로에서 전기를 수전하는 경우는 건축물 구내에 한국전력공사의 개폐기장치 설치공간과 변전실까지의 경로에 맨홀을 설 치하여야 한다.
(3) 개폐장치 설치 공간은 원칙적으로 수용 건축물 부지내의 옥외로 하며 부득이한 경우는 옥내로 한다.
(4) 지중수전시 전선로 구성을 위한 공사방법은 전선관(합성수지관, 흄관 등)을 사용한 관로식으로 설계한다.

4.2.2 수전전압
(1) 수전전압을 제한하는 요소는 전기사업자의 공급전압으로서 다음 표를 참조하여 결정한다.



(2) 수전전압 선정시 설계자는 계약전력을 추정하여, 전기사업자와 협의하여 결정한다.

4.2.3 수전설비 시스템(수전방식)
(1) 수전설비의 시스템 선정은 부하설비의 중요도, 예비전원과 수전전력의 신뢰도, 경제성을 고려한다.
(2) 수전 시스템의 구성은 다음 그림을 참조한다.



(3) 수전방식 선정시 다음 표를 참조한다.



(4) 수전설비 시스템은 설계자의 설계개념의 방향과 같게되는 것으로 선정하여야하며, 수전지점의 상황 등을 전기사업자와 협의 조 정하여야 한다. 또한, 일반적인 설계는 다음과 같다.
(가) 저압 수전을 포함하여 1회선 수전을 기본적 설비로 한다.
(나) 대도시 도심의 경우는 루프방식 수전이 일반적이다.
(다) 2회선 수전방식은 채택 가능하며, 이때는 예비전원선로 또는 예비선로에 대한 공사비용에 대한 부담이 선행되어야 하고, 또한 수전 완료 후에도 기본요금의 할증이 있으므로 이에 대한 검토가 필요하다.
(라) 수전전원을 소방부하의 비상전원으로 사용하는 경우에는 예비전원방식(2개 변전소에서 수전방식)으로 하여야 한다.

4.3 변전방식

4.3.1 일반사항
(1) 특고압 수전이 되는 변전설비는 다단강하방식(특고압/고압/저압)과 직강하방식(특고압/저압)중 부하의 용량, 특성, 간선손실, 전압강하 등을 고려하여 변압방식을 채택한다.

4.3.2 변압기 뱅크 구분
(1) 특고압 수전인 경우 수전용량이 500[kVA]이상인 경우는 변압기를 2개 뱅크(군) 이상으로 구분하여 변압기군을 조절 할 수 있도 록 한다. 단, 단일 부하인경우 별도검토 한다.
(2) 변압기의 단기용량은 건축물 내 또는 구내의 설치장소에 따라 건축의 장비반입구, 반입통로, 바닥강도 등을 고려하여야 하며 지 상 11층 이상이나 지하 5층 이하에 설치되는 경우는 반입용 리프트 또는 화물용 엘리베이터의 허용적재중량과 카 내 크기를 고려 하여 선정하여야 한다.
(3) 변압기뱅크의 구분은 부하특성, 용량, 부하의 종류를 고려하여 구분하는 것을 기본으로 하며, 하나의 변압기 구분은 (1)의 내용 을 참고하되 동력 변압기군의 경우는 계절부하용, 비상용 등의 용도별로 구분하는 것이 좋으며 다음 그림은 변압기군의 구분 개 념을 나타낸 것이다.



4.3.3 변압기 모선 방식
(1) 변압기 모선 방식은 단일모선, 이중모선, 루프 모선 방식으로 구분되며, 설계시 부하의 중요도, 설비용량, 운용방법에 따라 선정 하며 개념도는 다음을 참조한다.

(2) 단일모선방식은 2개의 단일모선을 연결하여 이중모선방식과 같은 효과를 일부 갖도록 하는 전환가능 단일모선방식을 가장 많이 사용한다. (3) 이중모선 방식은 변압기뱅크를 복수로 구성하는 방법과 예비전원연결의 예비모선으로 이중화를 도모하는 예비모선 방식으로 구분 하여 사용한다. (4) 변압기 모선방식의 결정시 다음을 참조한다.



4.4 보호방식

4.4.1 수전회로 보호
가. 1회선 수전방식
(1) 기본적으로 국내에서는 2회선 수전시에도 자동전환장치(ALTS)를 사용하므로 수전회로 보호방식은 다음 참고 그림과 같이 1회선 수 전 방식과 같으며 루프 수전시에도 동일하게 한다.



(2) 과전류보호
순시요소부 과전류 계전기로 단락보호 및 과부하보호를 한다. 1회선 수전에서는 수전변압기의 1차측은 전력회사 배전단 계전기의 주보호 구간이 되므로, 순시요소는 변압기 1차측의 단락 사고에서는 동작하고 2차측 사고에서는 동작하지 않도록 정정한다. 한시 요소도 전원 계통과의 보호협조라든가 배전선 용량을 고려하여 전기사업자로부터 정정 값이 지정된다.
(3) 지락보호 전기사업자 특별고압 계통의 중성점 접지방식은 100∼400??A??의 저항접지방식이 쓰이는 경우가 많으며, 수전 회로의 지락 보호는 변류기의 잔류 회로에 지락과전류계전기를 사용하는 것이 일반적이다. 설비 용량이 커서 잔류회로방식으로는 필요한 지락검출 감 도를 얻을 수 없을 경우에는 변류기를 3차 권선부로 한다. 3차 권선은 100??A??가 표준으로 변류비가 300/5 초과할 때 적용한다. 여기에서는 단락, 지락 공히 방향성은 필요가 없으므로 일반적으로 수전회로에는 계기용 변압기를 설치하지 않는다. 변류기는 포 화로 인한 순시요소의 동작불능이라든가 영상 전류로 인한 지락 과전류 계전기의 불필요한 동작이 생기지 않도록 적정한 과전류정 수의 것을 사용한다.
나. 스폿 네트워크 수전 회로 보호
(1) 이 방식은 보통 3개 변압기군(뱅크)의 병렬예비 자동운전방식이라고 하며 기본 개념도는 다음 그림을 참조한다.



(2) 단락보호
이 방식에서는 수전 변압기를 포함하여 특별 고압측의 보호는 전기사업자 배전단의 보호 장치에 의한다.
(3) 지락보호
특별 고압측 지락 사고에 대해서는 전기사업자 방향지락 계전기로 차단기를 트립시키고 변압기의 역여자 전류에 응동하여 변압기 2차 차단기를 트립시킨다.

4.4.2 배전선 보호
(1) 건축물내 배전선은 고압으로 6.6[kV], 3.3[kV] 배전선이 많고, 저압 배전선은 380[V]급이 많이 사용되며, 이에 대한 보호는 과전 류보호와 지락보호를 시행한다.
(가) 고압배전선의 예


(2) 과전류 보호
(가) 변류기는 과전류 보호와 계측에 공용하는 일이 많다. 특히 변류기의 정격부담이 작은 경우에는 변류기의 포화(과전류 정수)에 대하여 충분히 배려하여야 한다.
(나) 과전류계전기의 정정은 전원측과 부하측의 과전류 보호 장치와의 협조를 고려하여 결정하지만, 변류기나 배전선 케이블의 단시 간 허용전류값에 대하여도 주의할 필요가 있다.
(3) 지락보호
(가) 고압 배전계통의 지락 검출 강도는 비접지 계통에서는 천∼수천[Ω], 저항접지 계통에서는 수백∼천[Ω]정도이다.
(케이블계통의 지락점 저항은 거의 1000[Ω]이하 라고 한다.)
(다) 저압 배전 계통의 지락 검출감도에 대해서는 다음 표를 참조한다.



4.4.3 수전변압기 보호
(1) 변압기는 사고시 많은 손해와 복구시간이 필요하므로 신뢰도의 향상을 위해 사 고시 파급범위를 최소한으로 억제토록 검토하여야 한다.
(2) 변압기 보호는 전기적인 보호와 기계적인 보호로 구분되며, 기계적인 보호는 변압기의 종류별 시방에 관련된다. 이것에 대하여는 다음 표를 참조한다.



(3) 특고압 변압기의 보호는 다음 표를 참조한다.



4.4.4 보호협조
(1) 보호 협조는 사고 발생시에 사고의 근원을 신속히 제거하여 건전 부분의 불필요한 차단을 피하기 위하여 고장시 동작하는 계전기 들 상호간의 협조를 도모하는 것으로 변성기나 차단기의 특성, 또한, 본래 동작해야 할 주보호 계전기 혹은 차단기가 오동작 할 경우의 후비보호를 포함하여 검토해야 한다.
(2) 가장 널리 쓰이는 보호 협조 방법은 (가)의 계통도(예) 표시한 동작시한차 방식이라고 불리는 것으로서 동작시한 정정원칙은 다 음 식에 의한다.



(가) 계통도는 다음 그림을 참조한다.





4.5 기기선정

4.5.1 일반사항
(1) 수변전 기기의 절연용 재료는 자연에서 얻어지는 공기와 절연능력과 냉각능력이 뛰어난 절연유가 많이 사용되어 왔지만, 절연유 (광유)의 주성분이 탄화수소 이므로 가연성, 폭발성에 단점이 있다. 그러므로 건축물에 설치되는 수변전기기설계는 특히 방재 측 면을 고려한다.
(2) 절연재료별 특성은 다음 표를 참조하여 설계한다.



3) 일반적인 기기 선정 방안
(가) 변압기는 가스절연 변압기, 몰드 변압기 등을 사용하여 난연화 한다.
(나) 고압, 특고압 차단기는 진공차단기(VCB), 가스 차단기(GCB)를 주로 사용한다.
(다) 변성기류는 몰드형을 주로 사용한다.
(라) 최근 특고압 수변전설비는 SF6가스로 절연한 장치(C-GIS)가 실용되고 있다.

4.5.2 변압기
(1) 변압기는 사용장소, 경제성, 전기적 특성을 고려하여 선정하되, 건축물 내부에 설치시에는 저손실형 변압기를 사용토록 한다.
(2) 전압에 따른 변압기의 적용시 다음 표를 참조한다.



(3) 몰드변압기의 용량별 규격은 제작자의 시방을 참조하여 정하다.

4.5.3 스위치기어
(1) 보호등급에 따라 금속제 칸막이 및 보호판을 사용하여 내부사고에 대비한 메탈크래드형, 절연물 칸막이 및 보호판을 사용한 컴퍼 트먼트형, 그리고 금속제 외함만을 사용한 큐비클형으로 구분하여 적용한다.
(2) 조작, 보수방향에 따라 전후(양)면 보수형 및 전면 보수형으로 적용한다.
(3) 차단기의 쌓는 단수에 따라 1단적형, 2단적형, 3단적형으로 구분하며 단수가 많을수록 공간성, 경제성은 좋지만 유지 보수성, 케 이블 처리 등의 공사용이성, 대용량성에서는 불리해진다.
(4) 고압 및 특고압 배전반의 규격은 다음 표를 참조하여 조합한다.



(5) 저압 배전반의 규격은 다음 표를 참고하여 조합한다.



(6) 고압 및 특고압 배전반의 구성요소별 크기는 제작자의 시방을 참조하여 정한다.

4.5.4 보호 계전기
(1) 보호 계전기는 전력계통의 사고(지락,단락)시 사람및 기기의 손상을 최소한으로 억제하여 전력계통의 안정을 유지토록 설치한다.
(2) 보호 계전기 종류는 전자형, 정지형, 디지털형으로 발전하여 왔으며, 최근에는 동작시간의 고속화, 관성동작시간의 최소화, 경제 성 등의 면에서 정지형을 많이 사용한다.
(3) 디지털계전기는 마이크로프로세서를 이용하여 연산, 판단 등을 소프트웨어를 처리하여 복잡한 동작특성이나 각종요소의 연결을 쉽게 할 수 있다.
(4) 각종 보호 계전기의 특성은 다음 표를 참조한다.



4.6 용량계산

4.6.1 일반사항
(1) 수변전 기기의 용량계산은 기본설계시의 계획 용량계산과 실시설계시 부하용량 합계와 여유율을 감안한 용량계산 방식으로 한다.
(2) 고압 및 특고압 차단기는 그곳을 통과하는 최대 단락전류를 차단하는 능력이 있어야 한다.
(3) 저압 차단기는 그곳을 통과하는 최대 단락전류를 차단하는 능력이 있는 것을 사용하거나 캐스케이드 보호방식으로서 통과하는 단 락전류가 10??kA??이상인 경우 10[kA]이상의 차단능력을 갖는 차단기를 설치하고, 그곳보다 전원측 전로에 그 차단기를 지나는 최 대 단락전류를 차단하는 능력을 갖고 그 차단기보다 빠르거나 동시에 차단하는 능력을 갖는 과전류 차단기를 설치한다.

4.6.2 부하용량
(1) 부하용량은 부하설비(전등 및 전열부하, 동력부하)별, 상시용 및 비상용을 구분하여 산출한다.
(2) 설계시 부하용량 계산은 다음을 참조한다
. (가) 백열등 : 용량[W] × 1.0[VA]
(나) 형광등은 용량[W]에 역률과 효율을 감안한 용량[VA]
(다) 콘센트 : 1개(2구형) × 150[VA]
(라) 콘센트가 어떤기기 전용인 것은 그 부하의 효율, 역률을 감안한 용량[VA]
(마) 전동기부하인 경우는 그 부하의 효율, 역률을 감안한 용량[VA]
(3) 부하용량을 집계한 후 미래의 증설에 대비한 여유율(Flexiblity)을 10[%]정도 감안하는 것이 바람직하다.
(4) 부하용량의 추정방법
(가) 계획 또는 기본 설계시 부하용량을 추정하는 경우는 용도에 따른 유사건물 데이터를 참조한다.(부록참조)
(나) 공동주택(APT)에서의 부하추정
공동주택 세대내 용량은 사용 기기가 후에 설정되기 때문에 대부분 다음식으로 구한 추정용량으로 계산한다.
그러나 부하설치가 실제설계로 예측 가능한 경우는 이것을 기준하여야 하지만 추정용량 값보다 작아서는 안 된다.
또한 공용부하의 부하산정은 별도로 산출하여 더하여야 한다.



4.6.3 변압기
(1) 수전설비용량은 특고압/고압/저압(다단강하)변압방식인 경우 1차변압기 합계용량을 말하고, 특고압/저압(직강하)변압방식인 경우 는 변압기용량(또는 합계용량)과 같다.
(2) 다단 강하방식인 경우 용량계산
(가) 그림(예시도)과 같은 다단 강하방식에서 2차 변압기는 일반적으로 부하가 용도별로 구분되므로 부하용량 합계에 수용률만을 적 용한다. 다만, 변압기에 수용된 부하가 여러 용도로 혼재된 경우는 부등률을 적용할 수도 있다.



(3) 직강하방식인 경우 용량계산
그림과 같은 직강하방식에서 변압기에 수용된 부하가 용도별로 구분된 수용률을 적용하고, 용도별 구분이 되지 않은 경우는 부등 률까지 적용할 수 있다.



(4) 수용률(Demand Factor)
(가) 수용률은 최대수용전력(Demand Load)을 구하기 위한 것으로 최대수용전력의 총부하용량에 대한 비율이다.



(나) 건축물에서 수용률은 용도에 따른 유사건물 데이터를 참조한다.(부록참조)
(5) 부등률 (Diversity factor)
(가) 부등률은 합성 최대수용전력을 구하는 계수로서 부하종별 최대수용전력이 생기는 시간차에 의한 값이므로 최대수용전력의 합계 는 항상 합성최대수용전력 값보다 크다.



(나) 부등률은 용도에 따른 유사건물 데이터를 참조한다.(부록참조)
(6) 계획설계시 변압기용량 추정방범
(가) 조명용 변압기 용량은 다음 특성 표를 참조한다.





4.6.4 차단기
(1) 차단기는 단락시 통과하는 최대 단락전류에 의한 전자기계력에 견디며, 보호계 전기 동작시 단락전류를 차단해야 한다.
(2) 저압차단기의 경우는 고장회로만 구분하는 선택 차단방법으로 하는 것이 좋으나 건축 공간이나 경제성을 고려하여 캐스케이드 차 단방법에 의할 수 있다.
(가) 선택차단방식 예시도



4.7 단선결선도

4.7.1 일반사항
(1) 단선 결선도는 기기의 정격, 계통의 전기적 접속관계를 간단한 심볼과 약도(단선)로 나타낸 것이다.
(2) 설계도면에서 사용하는 경우가 드물지만 3선 결선도는 배선을 복선으로 나타내어 복잡한 접속관계를 알 수 있다.
(3) 설계시에는 일반적으로 도면을 간략히 하기 위해 단선 결선도를 이용한다.

4.7.2 단선결선도 표시사항
(1) 수전방식, 수전전압 및 책임분계점
(2) 수전설비의 계기(수급용, 일반용), 기기(차단기, 개폐기, 피뢰기 등), 보호장치, 모선, 케이블 등에 대한 심볼, 정격
(3) 변전설비의 용량, 변압방식, 상수, 변압기 종류, 절연계급, 변압기 보호 등에 대한 사항
(4) 모선에 대한 연결 방식, 규격 및 보호에 관한 사항
(5) 배전반의 계기, 기기(차단기, 개폐기 등)에 관련한 심볼, 정격
(6) 예비전원(또는 다른 전원)과의 연계에 관련한 사항
(7) 기타 역률조정, 서지제거 및 수 변전설비 자동제어(센서, 기기 등)에 관련한 사항

4.7.3 특고압 수전시 표준단선 결선도
특고압 수전시 단선결선도는 정식수전방식(제1방법,제2방법,제3방법)과 간이수전방식으로 구분되며 다음을 참조하여 설계하여야 한다.
(1) 제1방법은 다음 예시도를 참조한다.