제13장 배전 선로의 관리와 보호
13.1 전압 조정
13.1.1 전압의 유지 기준
전기 기기는 정격 전압에서 효율이 가장 좋게 설계되어 있으므로, 공급 전압이 정격값에서 벗어나면 효율·수명·역률이 나빠진다.
- 백열전구 : 전압 5[%] 저하 → 광도 약 8[%] 감소 / 전압 5[%] 상승 → 수명 약 45[%] 단축
- 유도 전동기 : 전압 저하 → 부하 전류 증가 / 전압 상승 → 역률 저하
선로에 부하 전류가 흐르면 임피던스 때문에 전압 강하가 생기고, 전원에서 멀수록·부하가 클수록 강하가 커진다. 그래서 법으로 전압 유지 범위를 정해 두고 있다. ★★★
| 표준 전압 | 유지하여야 하는 전압 | 범위 |
|---|---|---|
| 110[V] | 110[V]의 상하로 6[V] 이내 | 104~116[V] |
| 220[V] | 220[V]의 상하로 13[V] 이내 | 207~233[V] |
| 380[V] | 380[V]의 상하로 38[V] 이내 | 342~418[V] |
| 주파수 60[Hz] | 60[Hz]의 상하로 0.2[Hz] 이내 | 59.8~60.2[Hz] |
※ 책에는 380[V] 범위가 “348~418[V]”로 인쇄되어 있으나 380−38=342이므로 342~418[V]가 맞다.
13.1.2 전압 조정의 필요성과 방법
변전소에서 수용가까지 고압 배전선 → 배전 변압기 → 저압 배전선 → 인입선 각 부분에서 전압 강하가 생기고, 변전소 모선 전압 자체도 부하에 따라 변한다. 따라서 변압기 탭만으로는 모든 수용가 전압을 허용 범위 안에 둘 수 없으므로 전압 조정이 필요하다.
기기의 적정 운전 → 효율·생산성 향상, 기기 수명 보전
전력 손실 경감, 기기의 과전압 보호, 저전압에 의한 효율 저하 방지
조정 설비 : 주상 변압기의 탭 조정, 승압기, 유도 전압 조정기, 병렬·직렬 콘덴서
1) 변전소에서의 전압 조정
모선 또는 급전선마다 조정 설비를 두어 중부하 시 높게, 경부하 시 낮게 송출한다. 배전용 변전소는 ULTC(부하 시 탭 절환 장치)를 AVR(자동 전압 조정 장치)로 자동 운전하여 22.9[kV] 선로 송출 전압을 22.9[kV]의 −1[%] ~ +4[%]로 유지한다.
2) 배전선에서의 전압 조정
특고압 배전선과 저압선의 전압 강하를 각각 10[%] 이내로 운영하며, 저압 쪽은 다음과 같이 설비별로 분담한다. ★★
배전 선로용 전압 조정기
- 고정 승압기 : 일반적으로 사용하지 않는다.
- 자동 전압 조정기 : SVR(정지형)과 IR(유도형)이 있으나 우리나라는 SVR만 사용.
- 직렬 콘덴서 : 특별한 경우 외에는 사용하지 않는다.
- 병렬 콘덴서 : 선로의 무효 전력을 공급(보상)하여 전압 강하 방지에 기여.
3) 배전 변압기에서의 전압 조정
고압선 각 지점의 전압에 맞추어 배전 변압기의 사용 탭을 적정하게 선정한다(13.1.4).
결론적으로 변전소 송출 전압 조정과 배전 선로 자체 조정(전압 강하의 적정 배분)을 병행하여 종합적으로 실시하는 것이 바람직하다.
13.1.3 변전소에서의 전압 조정
- 수전 측 송전 선로 : 병렬 리액터, 전력용 콘덴서로 조정
- 주변압기 : 무부하 탭 조정 장치, 부하 시 탭 절환 장치(ULTC)
- ULTC가 없는 66[kV] 이하 변전소 : 정지형 전압 조정기(SVR), 유도 전압 조정기(IR) — 우리나라는 SVR만 사용
ULTC는 정밀·신속한 조정에 유리하지만 동작 횟수에 제한이 있다(전기적 수명 약 30만 회, 일 20회 동작 시 내용 연수 30년). 따라서 전압 조정을 ULTC에만 의존하는 것은 피해야 한다.
조정 범위는 정격 1차 전압에 대한 비율로 표시하며 ±10[%]가 일반적, ±5[%]는 대도시처럼 수요 밀도가 높고 전압 강하가 작은 지역에서 쓴다.
변전소 전압 조정기 설치 방식 3가지 ★★
- 모선 전압 조정기(일괄·집단 조정) : 주변압기 2차에 설치, 모선 전압을 일괄 조정 — 각 선로의 길이·부하가 비슷할 때 경제적
- 급전선 전압 조정기(개별 조정) : 각 배전선마다 설치 — 선로 길이·부하 상태가 서로 다를 때 유리
- ①과 ②의 병용
선로가 부하에 비해 특히 길면 선로 도중에도 조정기를 두어 2단으로 조정하기도 한다.
※ 책 그림 14.3(154/66/22.9[kV] 모선 전압 조정 예) : 조정 장치가 없으면 22.9[kV] 선로 전압이 경부하 23.9 ~ 중부하 20.8[kV]까지 크게 흔들리지만, 조정 장치를 쓰면 23.9 / 22.9 / 21.9[kV]로 좁혀진다는 내용 — 그림은 생략.
13.1.4 배전 변압기의 탭 선정
배전 선로 전압은 전원에서 멀수록 낮아지므로, 모든 주상 변압기에 같은 탭을 쓰면 먼 곳일수록 2차 전압이 낮아진다. 주상 변압기 1차에는 보통 5[%] 간격 5개 탭이 있다.
→ 전원에서 먼 변압기일수록 낮은 탭을 사용하면 위치에 관계없이 2차 전압을 거의 일정하게 유지할 수 있다.
13.1.5 승압기
고압 배전 선로가 길어 탭 조정만으로 전압을 유지할 수 없을 때 선로 도중에 승압기(booster)를 설치해 전압 강하를 보상한다. 단권 변압기 결선이다.
- 종류 : 단상 1대 / 단상 2대 V결선 / 단상 3대 △결선
- 고정 승압기는 경부하 시 전압이 너무 올라가는 결점 → 최근에는 탭을 자동으로 바꾸는 자동 승압기 사용 (우리나라는 승압기를 거의 쓰지 않음)
$E_1$ : 승압 후의 전압[V]
$e_1$ : 승압기의 1차 정격 전압[V]
$e_2$ : 승압기의 2차 정격 전압[V]
$a$ : 승압기의 권수비 $(=e_1/e_2)$
$W$ : 부하의 용량[VA]
$w$ : 승압기(1대)의 용량[VA]
단상 AB 두 점간 전압 3,000[V]. 3,300/220[V] 변압기를 승압기로 접속하여 40[kW] 전등 부하에 공급할 때 승압기 용량은?
풀이 권수비 $a=3{,}300/220=15$
$E_1=3{,}000\left(1+\dfrac{1}{15}\right)=3{,}200[\mathrm{V}]$, 전등 부하이므로 역률 1 → $W=40[\mathrm{kVA}]$
$w=\dfrac{40}{3{,}200}\times220=2.75[\mathrm{kVA}]$ → 3[kVA] 선정
※ 예제 13.2(3상 △결선 승압기, 3,000→3,100[V], 총 용량 ≒ 7.5[kVA])는 생략.
13.1.6 전압 변동과 플리커
부하 특성 때문에 생기는 순간적인 전압 동요로 조명이 깜박이거나 TV 영상이 일그러지는 현상을 플리커(flicker)라 한다. 심해지면 사람이 심한 불쾌감을 느낀다.
발생원 : 제강용 아크로(가장 큼, 임피던스 변동 심함), X선 장치, 전동기, 용접기, 유도로, 저항로. 일반 배전선에서는 전동기의 기동 전류가 가장 큰 요인이다.
국내에서는 전등용 변압기에서 공급하는 단상 전동기 용량을 기동 방식별로 제한한다(분상형·콘덴서형·반발형 모두 최대 1.5마력).
- 전용 계통으로 공급
- 단락 용량이 큰 계통에서 공급
- 전용 변압기로 공급
- 공급 전압을 승압
- 리액턴스분 보상 : 직렬 콘덴서, 3권선 보상 변압기
- 전압 강하 보상 : 부스터, 상호 보상 리액터
- 무효 전력 변동분 흡수 : 동기 조상기와 리액터, 사이리스터 이용 콘덴서 개폐, 사이리스터용 리액터 (현재의 SVC·STATCOM 계열)
- 플리커 부하 전류 변동분 억제 : 직렬 리액터, 직렬 리액터 가포화
13.1.7 고조파 문제
1) 고조파 장해
고조파란 기본 주파수의 정수배 주파수를 갖는 전압·전류이며, 이를 포함하면 정현파가 일그러진(왜곡된) 파형이 된다. 보통 제3조파 이상의 홀수차(제5·제7조파 등)가 두드러진다.
| 전압 | 지중 선로가 있는 S/S에서 공급하는 고객 | 가공 선로가 있는 S/S에서 공급하는 고객 | ||
|---|---|---|---|---|
| 전압 왜형률[%] | 등가 방해 전류[A] | 전압 왜형률[%] | 등가 방해 전류[A] | |
| 66[kV] 이하 | 3 | − | 3 | − |
| 154[kV] 이상 | 1.5 | 3.8 | 1.5 | − |
고조파 발생 기기 ★★
- 사이리스터 등 반도체 사용 기기 (정류기, 변환기, 인버터)
- 아크로 등 비선형 부하
- 변압기·회전기의 자기 포화
- 형광등, TV 등의 기구 (현재는 PC·LED 조명·전기차 충전기 등 전력전자 부하 전반)
| 기기 | 영향 |
|---|---|
| 콘덴서·리액터 | 공진으로 임피던스 감소 → 과대 전류 → 과열·소손·진동·소음 |
| 변압기 | 철심 자기 왜곡으로 소음, 철손·동손 증가 |
| 유도 전동기 | 정상 진동 토크 → 회전수 주기 변동, 철손·동손 증가 |
| 케이블 | 3상 4선식 중성선에 고조파 전류(제3조파 등)가 흘러 중성선 과열 |
| 형광등 | 역률 개선용 콘덴서·초크 코일 과대 전류 → 과열·소손 |
| 통신선 | 전자 유도에 의한 잡음 전압 |
| 전력량계 | 측정 오차, 전류 코일 소손 |
| 계전기 | 설정 레벨 초과·위상 변화에 의한 오동작 |
| 음향 기기 | 부품 고장, 수명 저하, 성능 열화, 잡음 |
| 전력 퓨즈 | 과대 고조파 전류에 의한 용단 |
| 계기용 변성기 | 측정 정도 악화 |
2) 고조파 경감 대책
- 직렬 리액터 삽입
- 직렬 리액터 용량 증가
- 콘덴서·직렬 리액터 용량 변경
- 정류 상수 증가 (변환기 다상화)
- 과대한 위상 제어 회피
- 교류 필터 설치
기기 측 대책 : 설비 정수를 바꾸어(고조파 분류 조건 변경) 유입 고조파를 줄이거나, 기기 자체의 고조파 내량을 강화한다.
① 콘덴서용 직렬 리액터는 제5고조파 공진을 피하기 위해 보통 콘덴서 용량의 6[%](이론상 4[%] 이상)를 쓴다 — 제5고조파에서 유도성이 되게 하기 위함.
② 요즘은 수동 필터 외에 능동 필터(Active Filter)로 고조파를 상쇄하는 방식도 많이 쓴다.
13.2 역률 개선
13.2.1 부하의 역률
전등·전열은 역률이 거의 100[%]이지만 유도 전동기, 용접기 등은 나쁘다. 역률 저하의 첫째 원인은 유도 전동기이며, 특히 경부하 운전 시 역률이 더 낮다. 그 밖에 소형 전동기 가전·방전등, 주상 변압기의 여자 전류(경부하 시 전압 상승 → 여자 전류 증가)도 원인이 된다.
같은 전력을 보낼 때 역률이 낮으면 선로 전류가 커져 전압 강하 증가, 선로 손실은 역률의 제곱에 반비례하여 증가하며, kVA 용량이 정해진 발전기·변압기는 kW 출력이 줄어든다.
역률 개선 효과 ★★★
- 변압기·배전선의 손실 저감
- 설비 용량의 여유 증가
- 전압 강하 경감
- 전기 요금 저감 (13.2.4)
전력용 콘덴서 설치 방법 (부하에 병렬 접속)
- 고압 콘덴서를 변전소에 집중 설치하거나 배전 선로 주상에 설치 — 공급자 측
- 고압 콘덴서를 고압 자가용 수용가의 수전실에 설치 — 수용가 측
- 저압 콘덴서를 부하에 직접 설치 — 수용가 측
저압 콘덴서는 효과가 직접적이지만 가동률이 낮고 단위 용량당 가격이 고압의 약 3배이므로 배전 선로에서는 고압 콘덴서가 널리 쓰인다. 용량 표시는 저압용 [μF], 고압용 [kVA](또는 [kVar]).
$C_d,\ C_s$ : △결선·Y결선 한 상의 정전 용량[F] (× $10^6$ 하면 [μF])
$V$ : 선간 전압[V]
$\omega=2\pi f$ : 각주파수[rad/s], $f$ : 주파수[Hz]
→ △결선의 정전 용량은 Y결선의 1/3로 충분하다. 또 $C\propto 1/V^2$ 이므로 같은 kVA라면 고압 측에 설치하는 것이 μF가 작아 유리하다.
※ 책의 식 (14.7)(14.8)은 단위 환산 계수가 섞여 있어, 여기서는 SI 단위 그대로의 식으로 정리했다.
13.2.2 역률 개선용 콘덴서의 용량 계산
$P$ : 부하의 유효 전력[kW]
$\cos\theta_1$ : 개선 전 역률
$\cos\theta_2$ : 개선 후 역률
3상 부하 20[kW], 역률 60[%](지상)를 80[%]로 개선하는 콘덴서 용량[kVA]과, 200[V]·60[Hz]일 때 정전 용량[μF]은?
풀이 $\tan\theta_1=\dfrac{0.8}{0.6}=\dfrac43,\ \tan\theta_2=\dfrac{0.6}{0.8}=\dfrac34$
$Q_c=20\left(\dfrac43-\dfrac34\right)=20\times\dfrac{7}{12}\fallingdotseq 11.7[\mathrm{kVA}]$
△결선 각 상 $C$ : $3\times200\times(2\pi\times60\times C\times10^{-6})\times200=11.7\times1000$
$\therefore 3C=\dfrac{11.7\times10^9}{200^2\times2\pi\times60}\fallingdotseq 776[\mu\mathrm{F}]$ (한 상 약 259[μF])
3[km] 3상 3선식 선로 말단에 1,000[kW], 역률 80[%] 부하. 콘덴서로 역률 100[%]가 되면 전압 강하와 전력 손실은 몇 [%]가 되나? (1선당 $0.3+j0.4$[Ω/km], 부하 전압 6,000[V] 일정)
풀이 $R=0.9[\Omega],\ X=1.2[\Omega]$, $v=\sqrt3 I(R\cos\theta+X\sin\theta)$, $w=3I^2R$
개선 전 : $I=\dfrac{1{,}000\times10^3}{\sqrt3\times6{,}000\times0.8}$ → $v=300[\mathrm{V}]$, $w\fallingdotseq39[\mathrm{kW}]$
개선 후 : $I’=\dfrac{1{,}000\times10^3}{\sqrt3\times6{,}000\times1.0}$ → $v’=150[\mathrm{V}]$, $w’=25[\mathrm{kW}]$
→ 전압 강하 50[%], 전력 손실 64[%] $\left(=(0.8/1.0)^2\right)$로 감소
※ 예제 13.4(부하 추가 후 합성 역률 90[%] → 50[kVA]), 13.6(수전 전압 개선 → 200[kVA]) 생략.
13.2.3 역률 개선에 의한 설비 용량의 여유 증가
정격 $W_0$[kVA] 변압기가 이미 $W_0$[kVA](역률 $\cos\theta_1$) 부하로 꽉 차 있어도, 콘덴서 $Q$를 달아 합성 역률을 $\cos\theta_2$로 올리면 같은 변압기로 새 부하 $W_1$을 더 공급할 수 있다.
$W_1$ : 새로 추가할 수 있는 부하(역률 $\cos\theta_1$)[kVA]
$P_1$ : 증가하는 유효 전력[kW]
$Q$ : 콘덴서 용량[kVA]
$\cos\theta_1$ : 개선 전(부하) 역률, $\cos\theta_2$ : 개선 후 합성 역률
300[kVA] 변압기로 역률 70[%] 부하 300[kVA] 공급 중. 합성 역률 90[%]로 개선해 전용량까지 쓸 때 콘덴서 용량과 증가 부하(역률 70[%])는?
풀이 $Q=300\left(0.9\sqrt{\dfrac{1}{0.7^2}-1}-\sqrt{1-0.9^2}\right)\fallingdotseq144.9[\mathrm{kVA}]$
$W_1=300\left(\dfrac{0.9}{0.7}-1\right)\fallingdotseq85.8[\mathrm{kVA}]$, $P_1=300(0.9-0.7)=60[\mathrm{kW}]$
※ 예제 13.8(5,000[kVA] 설비에 1,045[kVA] 콘덴서 → 약 500[kW] 증가, 종합 역률 85[%]) 생략.
13.2.4 역률 개선에 의한 전압 강하의 경감
$E_s$ : 송전단 전압[V], $E_r$ : 수전단 전압[V]
$P_r$ : 부하의 유효 전력[W], $I$ : 부하 전류[A]
$R,\ X$ : 선로의 저항·리액턴스[Ω]
$\cos\theta_1,\ \cos\theta_2$ : 개선 전·후 역률
$Q_c=P_r(\tan\theta_1-\tan\theta_2)$ : 콘덴서 용량[VA]
$RC$ : 콘덴서 설치 모선의 단락 용량(Rupturing Capacity)[VA]
$\Delta V_c$ : 콘덴서 투입에 의한 전압 상승(= 강하 경감)률[%]
예) 모선 단락 용량 30,000[kVA]에 1,500[kVA] 콘덴서 투입 → $\Delta V_c=\dfrac{1{,}500}{30{,}000}\times100=5[\%]$
→ 선로가 길고 역률이 나빠 말단 전압 강하가 클 때 콘덴서를 수전단(말단)에 설치하면 효과가 크다.
1) 전기 요금 저감 (역률 요금)
전기 요금 = 기본 요금(계약 전력 [kW] 기준) + 전력량 요금([kWh] 기준). 기본 요금에 역률에 따른 추가·감액을 적용한다.
| 구분 | 적용 시간 | 기준 | 추가·감액 |
|---|---|---|---|
| 지상 역률 | 09~23시 | 평균 90[%] | 90[%] 미달 : 60[%]까지 매 1[%]당 기본 요금의 0.2[%] 추가 90[%] 초과 : 95[%]까지 매 1[%]당 0.2[%] 감액 |
| 진상 역률 | 23~09시 | 평균 95[%] | 95[%] 미달 : 60[%]까지 매 1[%]당 기본 요금의 0.2[%] 추가 |
※ 예제 13.9(1998년 요금 단가로 역률 개선 전후 요금 비교)는 단가가 오래되어 생략.
평형 3상 3선식 선로로 100[kVA], 역률 60[%] 부하 공급 시 손실률 12[%]. 손실률을 5[%]로 줄이는 콘덴서 용량은? (수전단 전압 일정)
풀이 $L=3I^2R=\dfrac{R}{V^2}(P^2+Q^2)$ 이므로 $P=60,\ Q=80$[kVar]에서
$0.12=k(60^2+80^2),\quad 0.05=k\{60^2+(80-Q_c)^2\}$
$Q_c=80-\sqrt{\dfrac{0.05}{0.12}(60^2+80^2)-60^2}\fallingdotseq56.2[\mathrm{kVA}]$ → 56[kVA]
13.2.5 콘덴서 설치 장소의 선정
- 수전 역률 개선 효과 : 설치 장소와 거의 무관
- 소요 콘덴서 용량 : 분산 설치할수록 이용률이 낮아져 총용량 증가
- 손실 저감 효과 : 역률과 손실은 비례하지 않음 — 역률이 100[%]에 가까울수록 1[%]당 효과는 작아진다
- 설비 여력 : 말단에 설치할수록 커진다
- 전압 강하 경감 : 말단에 설치할수록 커진다 (설치점에서 본 전원 임피던스에 따라 결정)
| 항목 | 변전소 일괄 설치 | 말단 분산 설치(부하 직결 포함) |
|---|---|---|
| 소요 콘덴서 용량 | 최소 | 최대 |
| 전력 손실 경감 효과 | 소 | 대 |
| 전압 강하 경감 효과 | 소 | 대 |
| 전기 요금 경감 효과 | 동일 | 동일 |
| 보수 점검 | 간단 | 복잡 |
| 초기 투자 | 소 | 일반적으로 큼 (저압은 특히 큼) |
실제 설치 기준 ★★
- 비교적 대용량 부하에는 직결
- 소용량 부하의 집합 장소에는 묶어서 일괄 설치
- 종합적 부하 역률 개선용은 수전 측 고압 모선에 설치
부하 크기가 변하므로 콘덴서를 여러 뱅크로 나누어 부하 변동에 따라 개폐하는 것이 바람직하다.
※ 예제 13.11 요지 : 최대 2,000[kW]·85[%] → 목표 98[%]에 총 833[kVA], 경부하 고정분 300[kVA], 평균 583[kVA] → 300[kVA]×3뱅크(경부하 1, 중간 2, 중부하 3뱅크) 운용.
13.3 전력 손실
13.3.1 송배전 손실
배전 선로의 전력 손실은 전압 강하와 밀접하여, 손실을 줄이면 전압 강하·변동도 함께 줄어든다. 발전소에서 1차·2차·3차 변전소까지의 손실이 송전 손실, 그 아래 배전 변압기·저압 수용가까지가 배전 손실이다.
우리나라 송배전 손실률은 1961년(전기 3사 통합) 29.35[%]에서 꾸준히 줄어 1998년 4.90[%](송변전 3.22 + 배전 1.68)가 되었다.
손실 감소 요인
- 66[kV] 송전선의 154[kV] 격상과 복도체 사용
- 154[kV] 송전선의 2회선 루프 계통 구성
- 345[kV] 송전선의 2회선 4도체 루프 계통 구성
- 계측 오차·검침 시차·전용(도전) 등의 손실 감소
- 강심 표면을 알루미늄으로 피복한 ACSR/AW선 사용
- 수요단의 규정 전압 유지
- 배전 전압의 격상 : 1차 3.3·6.6[kV] → 22.9[kV], 2차 100/200[V] → 220/380[V]
- 특고압 자가용 수전 설비의 수요 증가
배전 손실 = 선로 저항손(옴손) + 배전 변압기 저항손(동손) + 철손. 저항손은 전류의 제곱 × 저항에 비례하므로 전류 밀도를 줄이는 것이 기본이다.
배전 선로의 손실 경감책 ★★★
- 전류 밀도의 감소와 평형 : 켈빈의 법칙(경제적 전류 밀도)에 맞는 값, 부하 재배분으로 불평형 해소
- 전력용 콘덴서 설치 : 손실은 역률의 제곱에 반비례
- 고압 선로 대책 : 급전선 변경·증설·선로 분할, 변전소 증설로 급전선 단축
- 저압 선로 대책 : 변압기 배치·용량 적정화, 저압선 길이 정비, 철손 많은 적철심형 → 권철심형, 아몰퍼스 변압기 사용
- 배전 전압의 승압 : 손실과 전압 강하율은 전압의 제곱에 반비례
| 전압 | 3.3[kV] | 11.4[kV] | 22.9[kV] |
|---|---|---|---|
| 전압 강하 | 1 | $1/2\sqrt3$ | $1/4\sqrt3$ |
| 전력 손실 | 1 | 1/12 | 1/48 |
$I$ : 선로 전류[A], $\cos\theta$ : 역률
$R,\ X$ : 1선당 저항·리액턴스[Ω]
$P_\ell$ : 선로 손실[W], $P$ : 부하 전력[W], $V$ : 선간 전압[V]
※ 예제 13.12(중간 부하가 있는 선로, C점 콘덴서 40[A] 투입 시 손실 81 → 55[kW], 68[%]) 생략.
13.4 배전 전압 승압
저압 배전 전압을 100/200[V]에서 220/380[V]로 올리는 승압 공사가 1970년대 초부터 진행되어 현재는 전국이 220[V] 단일 전압이다.
13.4.1 승압의 필요성 및 효과
대용량 가전(냉난방기, 전자레인지, 전기오븐 등)이 늘면서 100[V]로는 옥내 배선을 굵게 바꿔야 하지만, 220[V]로 올리면 기설 전선 그대로 수요 증가에 대응할 수 있다.
- 공급 용량 증대 : 같은 굵기 전선으로 2배 (신설 시 더 가는 전선 가능)
- 전력 손실 감소 : $1/2^2=$ 25[%]로 감소
- 전압 강하율 개선 : 전압의 제곱에 반비례 → 저전압 현상 해소
- 지중 배전 채택 용이 : 변압기 단위 용량·공급 능력 증대로 시설비 감소
- 고압 배전선 연장 감소 : 저압으로 넓은 지역 공급 가능
- 대용량 기기 사용 용이 : 옥내 배선 교체 없이, 저압 전동기 용량 한도도 증가
13.4.2 승압의 추진 현황
1963년 ECAFE 권장으로 검토 → 1970년 정부 방침 결정 → ’71년 신규 220[V] 단일 → ’79년 110/220[V] 양전압 → ’92년 양전압 폐지·220[V] 단일 → 1999년경 승압 완료, 2005년 전압 단일화 완료 계획.
110[V] 기기를 소형 강압기 또는 220[V] 신품으로 교환 지급 후 일시에 220[V]로 전환.
효과 조기 획득 / 보상비 많음 → 농촌·신규 개발지역
110[V] 수용가에 220[V] 전원을 임시 추가(전선 1조 추가, 단상 3선식 계량기, 220[V] 노출 배선) → 기기가 바뀐 뒤 220[V]로 전환.
보상비 적음 / 기간 장기 → 도시 지역
13.4.3 안전 대책
대지 전압이 110[V] → 220[V]로 오르므로 감전 위험이 커진다. 그래서 220[V] 수용가 인입구에 누전 차단기 설치를 의무화하였다.
1) 허용 인체 통과 전류
감전 위험은 인체를 통과한 전기량(전류 × 시간)에 비례한다. Köppen과 Osypka(1966)의 한계선 :
$T$ : 통전 시간[s]
$Q$ : 통과 전기량[mA·s]
2) 30[mA]·0.03[s] 누전 차단기의 안전성
젖은 인체 저항 약 500[Ω], 220[V] 완전 접촉 시 $220/500=440[\mathrm{mA}]$. 0.03[s]에 차단하면 $440\times0.03=13.2[\mathrm{mA\cdot s}]$ → 30[mA·s] 이내이므로 안전.
3) 누전 차단기의 동작 원리
각 상 도체를 일괄하여 영상 변류기(ZCT)의 환상 철심에 관통시킨다. 정상 시에는 가는 전류와 오는 전류가 같아 자속이 0이지만, 지락 시 차이(누설 전류)만큼 자속이 생겨 2차 코일에 전압이 유기 → 증폭 → 트립 코일 여자 → 차단.
① 책의 “제3종 접지·500[Ω]”(옛 기술기준 제21·36조)는 KEC에서 종별 접지가 폐지되어 더 이상 쓰지 않는다. 지금은 접지 계통(TN·TT·IT)에 맞춰 보호 접지 + 누전 차단기(자동 차단)로 감전을 막는다.
② KEC 211.2.4 : 금속제 외함을 가진 사용 전압 50[V] 초과 저압 기계 기구로서 사람이 쉽게 접촉할 우려가 있는 곳에 전기를 공급하는 전로에는 누전 차단기를 시설.
③ 인체 감전 보호용 누전 차단기 : 정격 감도 전류 30[mA] 이하, 동작 시간 0.03초 이내(전류 동작형). 욕실 등 물기 있는 곳의 콘센트는 15[mA] 이하·0.03초 이내(KEC 234.5).
13.5 배전 선로의 보호
13.5.1 배전 선로의 사고
배전 선로는 대부분 가공선이라 뇌·바람·비·눈 등 기상 사고 비중이 크고, 차량 충돌·건축물 접촉 사고도 늘고 있다. 고압 배전 선로 사고는 선로 사고 > 기기 사고이며, 그중 1선 지락 사고가 가장 많다. 기기 사고는 기기를 파손시켜 단락 사고로 되는 경우가 많다.
1) 선로의 사고
대부분 단선, 애자 파손, 수목·조류 접촉(주로 까치집), 지지물 사고에 의한 1선 지락이다.
| 구분 | 사고 종류 | 내용 | 원인 |
|---|---|---|---|
| 고압선 | 단락 | 선간 단락 | 자동차 충돌, 기기 내 불량 접촉, 풍수해, 지지물 도괴, 도로 공사 손상 |
| 서로 다른 상의 지락 | 선간 단락·전압선 접지 | 뇌격에 의한 애자 파괴 | |
| 접지(지락) | 전압선의 접지 | 자동차 충돌 단선, 기기 내 불량 접촉, 수목·조류 접촉, 도로 공사 | |
| 저압선·인입선 | 단락 | 선간 단락 | 지지물 도괴에 의한 혼촉, 인입선 손상 |
| 접지 | 전압선의 접지 | 지지물 도괴 등, 인입선 손상 |
2) 변압기 사고
배전 사고 중 변압기 자체 고장이 반 이상이므로 보수 점검과 설계 적정성 검토가 중요하다. 외부 원인 : ① 과부하 ② 뇌해 ③ 저압 배전선·인입선의 혼촉.
3) 기타 기기의 사고
개폐기류(유입·애자형), 전력 콘덴서, 피뢰기, 수용가 옥내 계기용 변성기, 고압 전동기 등. 개폐기는 자체·외부 원인이 반반, 피뢰기는 속류 차단 능력 열화가 많고, 나머지는 대부분 기기 자체 열화 → 보수 점검 철저. 대부분 단락 사고로 된다.
4) 통신선에의 유도 장해
전자 유도, 정전 유도, 고조파 유도 3가지. 그중 전자 유도는 지락 전류에 의한 것으로, 비접지 계통은 작지만 22.9[kV]-Y 중성점 다중 접지 3상 4선식은 지락 전류가 커서 심각하다. 지락 시에만 생기므로 신속한 검출·고속 차단으로 대처한다.
13.5.2 배전 선로의 보호
일반적으로 고압 배전 계통은 보호 계전기, 저압 배전 계통은 퓨즈로 보호한다.
| 대상 | 사고 | 보호 장치 |
|---|---|---|
| 고압 배전선 | 지락(접지) 사고 | 지락(접지) 계전기 |
| 과부하·단락 | 과전류 계전기 | |
| 뇌해 | 피뢰기, 가공 지선 | |
| 주상 변압기 | 과부하·단락 | 고압 퓨즈 (COS) |
| 저압 배전선 | 고저압 혼촉 | 변압기 중성점 접지 (옛 제2종 접지) |
| 과부하·단락 | 저압 퓨즈·배선용 차단기 |
1) 고압 배전 선로의 보호
- 단락(과부하) 보호 : 변전소의 각 배전선마다 과전류 계전기 설치. 동작 전류 = 배전선 허용 전류의 약 150[%], 동작 시간 약 0.2초. 단락 전류는 변전소에 가까울수록 크고, 클수록 설비 손상이 크다.
- 지락 보호 : 바람에 의한 순간 혼촉, 수목·까치집 접촉, 절연 열화, 단선, 애자 파손, 고저압 혼촉 등 → 선택 지락 계전 방식.
- 구분 개폐기 : 정전 구간 축소·시간 단축용. 루프점·지중-가공 접속점에도 설치. 유입 개폐기 → 기중·가스 개폐기로 교체 추세. 대도시 번화가 0.5[km], 중소도시 시가지 1[km]마다 주상 설치, 정격 400~600[A]. 원방·자동 제어되는 자동 구분 개폐기 보급.
2) 주상 변압기의 보호
- 고압 측 : 퓨즈 링크를 넣은 컷아웃 스위치(COS)
- 저압 측 : 캐치 홀더, 저압 측 1선(중성점) 접지로 고저압 혼촉 위험 방지
- 과부하 장시간 운전에 의한 온도 상승·소손 방지용 소손 방지기
※ 책의 외함 접지(제1종 10[Ω], 제3종 100[Ω], 특별 제3종 10[Ω])는 KEC 이전 규정 — 13.7절 최신 보완 참조.
3) 저압 배전 선로의 보호
사고가 난 부분을 즉시 개방하여 전원 측에 영향을 주지 않는 것이 원칙이다. 단락·과부하 보호용으로 자동 차단기나 퓨즈를 두고, 고저압 혼촉에 대비해 변압기 2차 측 중성점 접지를 한다. 뱅킹 방식은 각 구분 장소에 퓨즈·브레이커, 네트워크 방식은 네트워크 프로텍터를 사용한다.
| 전선 굵기 | 2.6[mm] | 3.2[mm] | 4.0[mm] | 5.0[mm] | 22[mm²] | 38[mm²] | 60[mm²] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 퓨즈 정격[A] | 30 | 50 | 75 | 100 | 100 | 150 | 200 |
| 캐치 용량[A] | 50 | 50 | 100 | 100 | 100 | 200 | 300 |
4) 접지 보호의 목적
- 혼촉·누전·접촉 등에 의한 위험 방지
- 이상 전압 억제, 대지 전압 저하 → 보호 장치의 동작 확실화
- 피뢰기 등 뇌해 방지 설비의 보호 효과 향상
5) 고저압 혼촉
절연이 열화해 고압선과 저압선이 혼촉되면 저압 옥내 배선에 고전압이 침입해 인체·기기에 위해를 준다. 이를 막기 위해 변압기 2차 측을 접지한다. ★★★
$iR$ : 저압선의 전위 상승[V]
$V$ : 고압선 선간 전압[V], $E$ : 고압선 상전압[V]
$R$ : 저압 측(변압기 2차) 접지 저항[Ω]
$R_n$ : 고압 측 중성점 접지 저항[Ω]
$C_s$ : 고압선 1선의 대지 정전 용량[F], $\omega=2\pi f$
비접지 계통은 충전 전류가 작아 위험할 정도는 아니다. 중성점 접지 계통은 전위 상승이 $E$를 $R_n$과 $R$로 분압한 값이 되므로, 저압선 전위 상승을 줄이려면 $R$을 작게(상대적으로 $R_n$을 크게) 해야 하지만, 고압선 지락 시 건전상 전압 상승을 막으려면 $R_n$은 작아야 해서 중성점 저항 선정이 문제가 된다. 일반적으로 혼촉 시 저압선 전위 상승이 150[V] 이하가 되도록 1선 지락 전류로 접지 저항을 정한다.
안정된 전력 공급 관점의 CVCF(정전압 정주파 장치)와 정전·순시 전압 저하 대책인 UPS는 기본적으로 같은 것이며, 주 부하는 컴퓨터다.
- 순단 절환 방식 : 평상시 상용 전원, 순간 정전 시 스위치로 인버터 측 절체(순간 끊김 있음)
- 상용 동기 무순단 절환 방식 : 인버터를 상용과 동기 운전, 정전 시 사이리스터 스위치로 무순단 절체
- 직렬 보상형 순저 대책 장치 : 평상시 바이패스로 직접 공급, 순간 저전압 시 바이패스를 열고 콘덴서 축적 에너지로 보상 — CVCF보다 소형·저가
- 트라이포트 방식 : 평상시 트라이포트 변압기로 공급, 정전 시 인버터로 공급 — 고효율화
13.6 옥내 배선의 보호
옥내 배선 보호는 과전류 보호, 지락 보호, 절연·접지 보호로 나눈다.
13.6.1 옥내 배선의 과전류 보호
허용 전류를 넘으면 전선·기기 온도가 지나치게 올라 절연물이 변질되고 화재의 원인이 된다. 과전류 = 과부하 전류(설계값의 수배) + 단락 전류(약 10배 이상). 주요 과전류 차단기는 퓨즈와 배선용 차단기이다.
과전류 발열로 스스로 용단. 간단·저렴하지만 한 번 용단되면 교체해야 하는 불편.
과부하·단락 모두 보호, 차단 후 원상 복귀가 간단. 수동 개폐 + 자동 차단. 전자식 차단기도 많이 쓴다.
| 정격 전류 | 시간 | 불용단 | 용단 |
|---|---|---|---|
| 4[A] 이하 | 60분 | 1.5배 | 2.1배 |
| 4~16[A] 미만 | 60분 | 1.5배 | 1.9배 |
| 16~63[A] 이하 | 60분 | 1.25배 | 1.6배 |
| 63~160[A] 이하 | 120분 | 1.25배 | 1.6배 |
| 160~400[A] 이하 | 180분 | 1.25배 | 1.6배 |
| 400[A] 초과 | 240분 | 1.25배 | 1.6배 |
| 정격 전류 | 시간 | 산업용 | 주택용 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 부동작 | 동작 | 부동작 | 동작 | ||
| 63[A] 이하 | 60분 | 1.05배 | 1.3배 | 1.13배 | 1.45배 |
| 63[A] 초과 | 120분 | 1.05배 | 1.3배 | 1.13배 | 1.45배 |
13.6.2 옥내 배선의 지락 보호
누전 차단기는 1930년대 유럽에서 개발되었으며 전압 동작형과 전류 동작형이 있는데, 현재는 전류 동작형이 주로 쓰인다(감전 방지 성능이 우수하고 누전 화재도 보호). 정격 감도 전류 이상에서 반드시 동작하고, 정격 감도 전류의 1/2 이하에서는 동작하지 않도록 조정된다.
인체 통과 전류와 시간의 곱이 50[mA·s]를 넘으면 치명적일 수 있다. 감전 방지용으로는 고감도·고속형(30[mA] 이하, 책에는 0.1초 이하 — 현재 0.03초 이내)을 쓴다. 누전 화재 방지용으로는 누전 화재 경보기도 있다.
13.6.3 감전 방지 대책
- 외함 접지 : 절연 파괴 시 외함 대지 전압을 위험 없는 값까지 낮추기는 현실적으로 어렵다 → 차단기와 함께 써야 함
- 누전 차단기 설치 : 전류 동작형 보급
- 저전압법 : 보일러·탱크 등 금속 케이스 안 작업 시 변압기로 12·24·42[V] 등 낮은 전압 공급
- 2중 절연 기기 : ‘기능 절연’ + ‘보호 절연’의 2중 구조 → 외함을 접지하지 않아도 된다
13.7 옥내 배선의 접지 공사
13.7.1 접지의 목적과 종류
접지의 목적 ★★★
- 고저압 혼촉 시 저압선 전위 상승 억제
- 기기 지락 시 사람에게 걸리는 분담 전압(접촉 전압) 억제
- 선로로부터의 유도에 의한 감전 방지
- 이상 전압 억제 → 절연 계급 저감, 보호 장치의 동작 확실화
책(옛 기술기준)은 접지를 4종류로 나누었다.
| 종별 | 접지 저항 | 주요 대상 |
|---|---|---|
| 제1종 | 10[Ω] 이하 | 피뢰기, 특고압 계기용 변성기 2차 측, 고압·특고압 기계 기구 외함 |
| 제2종 | 150/I [Ω] 이하 (2초 이내 자동 차단 시 300/I) | 고압·특고압을 저압으로 변성하는 변압기의 저압 측 중성점(또는 1단자) |
| 제3종 | 100[Ω] 이하 (0.5초 이내 차단 시 500[Ω]) | 400[V] 이하 저압 기기 외함, 고압 계기용 변성기 2차 측 등 |
| 특별 제3종 | 10[Ω] 이하 (0.5초 이내 차단 시 500[Ω]) | 400[V] 초과 저압 기기 외함 |
① 종별 접지(제1·2·3종·특3종)는 2021년 KEC 시행으로 폐지되었다. 지금은 계통 접지(TN-S·TN-C·TN-C-S·TT·IT), 보호 접지, 피뢰 시스템 접지로 구분하고, 접지 방식은 단독·공통·통합 접지로 나눈다.
② 다만 변압기 중성점 접지(옛 제2종에 해당)는 저항값 규정이 남아 있다 — KEC 142.5 : $$\boxed{R\le\frac{150}{I}[\Omega]}\quad\left(\begin{aligned}&\text{1초 초과 2초 이내 자동 차단 : }\ 300/I\\ &\text{1초 이내 자동 차단 : }\ 600/I\end{aligned}\right)$$ $R$ : 변압기 중성점 접지 저항[Ω], $I$ : 변압기 고압·특고압 측 전로의 1선 지락 전류[A]
③ 1선 지락 전류 $I$는 옛 기준의 계산식 대신 실측값 또는 한전에서 제공하는 값을 쓴다.
※ 책의 1선 지락 전류 계산식(가공선 $I_1=1+\frac{\frac{V}{3}L-100}{150}$, 케이블 $I_1=1+\frac{\frac{V}{3}L’-1}{2}$ 등)과 예제 13.14(→ 30[Ω], 60[Ω])는 옛 판단기준 내용이라 참고로만 둔다.
1) 외함 누전 시의 접촉 전압과 감전 전류
외함에 접지 저항 $R_3$를 시공한 기기에서 절연 불량으로 금속제 외함에 누전(혼촉)이 일어난 경우이다.
$R_2$ : 변압기 측 접지 저항[Ω]
$R_3$ : 기기 외함 접지 저항[Ω]
$I$ : 지락 전류[A]
$V_1$ : 외함에 나타나는 대지 전압[V]
이때 인체가 외함에 닿으면 아래와 같은 등가 회로가 만들어져 인체로 감전 전류 $I_2$가 흐른다.
$I_1$ : 외함 접지로 흐르는 전류[A]
$R$ : 인체 저항[Ω]
$V,\ R_2,\ R_3,\ I$ : 위와 같음
→ 외함 접지를 규정대로 해도 $R_2$와의 분압 때문에 안전하다고 할 수 없는 경우가 생긴다. 그래서 누전 차단기로 적극적으로 차단하는 방법을 쓴다.
변압기 측 접지 $R_2=10[\Omega]$, 100[V], 기기 외함 접지 $R_3=100[\Omega]$, 인체 저항 3,000[Ω]. 외함 A점 완전 지락 시
(1) 인체 비접촉 시 외함 대지 전압 : $V_1=\dfrac{100}{10+100}\times100\fallingdotseq91[\mathrm{V}]$
(2) 인체 접촉 시 감전 전류 : $I_2=\dfrac{100\times100}{10\times100+100\times3{,}000+3{,}000\times10}\fallingdotseq0.0302[\mathrm{A}]=30.2[\mathrm{mA}]$
(3) 인체 전류를 10[mA] 이하로 하려면 : $V_1=0.01\times3{,}000=30[\mathrm{V}]$, $100=\left(\dfrac{30}{R_3′}+0.01\right)\times10+30$ → $R_3’=\dfrac{300}{69.9}\fallingdotseq\mathbf{4.29[\Omega]}$ 이하
→ 외함 접지 저항만으로 감전을 막으려면 비현실적으로 낮은 값이 필요 = 누전 차단기가 필요한 이유
13.7.2 접지 공사의 시설 기준
1) 접지선(접지 도체)의 굵기
책(옛 기준) : 제1종 2.6[mm], 제2종 4.0[mm], 제3종·특별 제3종 1.6[mm]
- 접지 도체(큰 고장 전류가 흐르지 않는 경우) : 구리 6[mm²] 이상, 철 50[mm²] 이상
- 접지 도체에 피뢰 시스템이 접속되는 경우 : 구리 16[mm²] 이상, 철 50[mm²] 이상
- 고압·특고압 전기 설비용 접지 도체 : 단면적 6[mm²] 이상 연동선
- 중성점 접지용 접지 도체 : 16[mm²] 이상 연동선 (7[kV] 이하 전로, 22.9[kV] 중성선 다중 접지 전로 등은 6[mm²] 이상)
2) 공사 방법 (사람이 접촉할 우려가 있는 곳)
- 접지극은 지하 75[cm] 이상 깊이에 매설
- 철주 등 금속체를 따라 시설할 때는 접지극을 금속체로부터 1[m] 이상 떼어 매설
- 접지선은 절연 전선 또는 케이블 사용
- 지하 75[cm]부터 지표상 2[m]까지는 합성수지관(두께 2[mm] 미만 제외) 또는 동등 이상의 몰드로 덮는다
※ 이 매설 기준은 KEC 142.2·142.3.1에도 그대로 유지되어 있다.
13.7.3 배전 자동화와 배전 선로용 개폐기 (예제 내용)
1) 배전 자동화 시스템 (예제 13.16)
정전을 줄이고 운용 효율을 높이기 위해 제어 대상 기기에 원방 감시·제어 기능을 주고, 정보 처리를 컴퓨터·통신으로 자동화한 것.
| 기능 | 내용 | 효과 |
|---|---|---|
| 선로 개폐기 감시 제어 | 개폐기 상태 감시, 사고 시 구분 절환, 작업 정전 부하 절환 | 정전 구간 축소, 정전 시간 감소, 안전 사고 감소, 손실 감소, 설비 이용률 향상 |
| 배전 관리 정보 자동 수집 | 급전선 부하·전압 변동 계측, 단선 검출, 사고 예지 정보 | 배전 손실 절감, 과부하 사고 예방, 양질의 전기 공급 |
| 부하 관리 | 냉난방 부하 제어, 공장 부하 첨두 둔화 | 첨두 상승 지연, 전원 설비 투자 지연, 고압 수용가 수요 제어 |
| 자동 원격 검침 | 전력량계 자동 검침, 계절별·심야 요금 전환, 부하 분석 | 검침 효율화, 양방향 서비스 |
구성 : EMS(중앙 급전소) – SCADA(계통 급전소) – ADS(배전 자동화 시스템) – 배전용 통신 – 단말(FRU 배전 제어 단말, MTU 수용가 검침 단말, LCU 부하 제어 단말).
2) 배전 선로용 개폐기 4가지 (예제 13.18) ★★★
- 컷아웃 스위치(COS) : 주상 변압기 고장이 선로로 파급되는 것을 방지, 변압기 과부하 소손 예방. 평상시 변압기 작업용 1차 개폐기. 농어촌 단상 선로에서는 선로용 개폐기·보호용 차단기로도 쓴다.
- 부하 개폐기(I/S, G/S) : 정상 부하 전류를 수동 개폐 — 사고 구간 분리, 정상 구간 절체, 작업 구간 분리. 고장 전류는 차단할 수 없다.
- 리클로저(Recloser) : 배전 고장의 90[%] 이상은 순간 고장이므로, 지락·단락을 검출해 차단한 뒤 일정 시간 후 자동 재투입을 반복해 순간 고장을 제거. 영구 고장이면 정해진 횟수 후 사고 구간만 분리.
- 섹셔널라이저(Sectionalizer) : 후비 보호 장치(리클로저·재폐로 차단기)가 고장 전류를 끊어 선로가 정전된 상태에서 자동 개방하여 고장 구간을 분리. 고장 전류 차단 능력이 없으므로 반드시 리클로저와 직렬로 조합해서 쓴다.
전기안전관리자 점검 포인트
ㄱ. 수전·공급 전압
- 저압 측 전압이 220[V] ±13[V](207~233[V]), 380[V] ±38[V](342~418[V]) 안에 있는지 정기 측정 — 중부하·경부하 시간대 모두 확인
- 수전 변압기 탭 위치와 2차 전압 기록 유지. 경부하 시 과전압(콘덴서 과보상 포함) 여부 확인
- 전동기 기동 시 전압 강하·조명 깜박임(플리커) 민원이 있으면 기동 방식(Y-△, 소프트 스타터, 인버터) 검토
ㄴ. 역률·콘덴서
- 한전 청구서의 지상·진상 역률 매월 확인 — 지상 90[%] 미만, 진상 95[%] 미만이면 요금 추가
- 경부하(야간)에 콘덴서가 그대로 투입되어 있지 않은지 — 자동 역률 조정기(APFC) 설정·동작 점검
- 콘덴서 외관 : 외함 팽창(배부름), 누유, 단자 과열 변색, 이상음
- 직렬 리액터(보통 6[%]) 과열·소음, 방전 코일(고압) 또는 방전 저항(저압) 정상 여부
- 콘덴서 개방 후 바로 만지지 말 것 — 잔류 전하 방전 확인
ㄷ. 고조파
- 인버터·UPS·정류기·LED 조명이 많은 설비는 전력 품질 분석기로 전압 THD·전류 THD 측정
- 3상 4선식 중성선 전류가 상전류보다 크거나 중성선·단자 과열이 있는지(제3고조파) — 열화상 점검
- 변압기·콘덴서 이상 소음·온도 상승, 원인 모를 차단기 트립·계전기 오동작이 있으면 고조파 의심
ㄹ. 보호 장치 (COS·차단기·계전기)
- COS 퓨즈 링크 정격이 변압기 용량에 맞는지, 용단 흔적·외관 손상 확인
- 과전류·지락 계전기 정정값(동작 전류·시간)과 시험 성적 기록, 한전 리클로저와의 보호 협조 확인
- 순간 정전(리클로저 재투입) 후 수전 설비 재가동 이상 유무, 정전 이력 기록
- 배선용 차단기 정격이 전선 허용 전류 이하인지(차단기 정격 ≤ 전선 허용 전류), 단자 체결 상태
ㅁ. 누전 차단기·접지
- 누전 차단기 시험 버튼 월 1회 동작 확인, 정격 감도 30[mA]·0.03초(욕실 콘센트 15[mA])인지 명판 확인
- 절연 저항 측정(저압 전로), 누설 전류 측정(클램프 미터)
- 변압기 중성점 접지 저항이 $150/I$(차단 시간에 따라 300/I, 600/I) 이하인지, 보호 접지 저항 측정 기록
- 접지선 지표 부분 합성수지관(지하 0.75[m]~지상 2[m]) 손상, 접지 단자 부식·풀림 확인
- 외함 접지만으로는 감전을 완전히 막을 수 없다(예제 13.15) — 누전 차단기 생략 여부를 반드시 확인
ㅂ. UPS
- 축전지 전압·내부 저항, 부풀음·누액, 실내 온도(25[℃] 내외) 확인, 정기 방전 시험
- 바이패스 절체 시험, 경보 이력 확인
⚠ 안전 주의 : 콘덴서·케이블은 전원을 끊은 뒤에도 잔류 전하가 남으므로 반드시 검전·방전·접지 후 작업한다. 고압 측 COS 조작은 절연 장갑·절연봉을 쓰고 부하를 먼저 끊은 뒤 조작하며, 활선 근접 작업은 안전 거리를 지킨다. 리클로저가 있는 선로는 차단 후 자동 재투입될 수 있으므로 작업 전 재폐로 차단(Hot Line Tag)과 정전 확인을 한다.
최종 정리
1. 전압 조정
- 전압 유지 범위 : 220±13[V], 380±38[V], 60±0.2[Hz]
- 22.9[kV] 송출 전압 −1[%]~+4[%] (ULTC + AVR), 저압 강하 배분 : 변압기 2 + 저압선 6 + 인입선 2[%]
- 우리나라 자동 전압 조정기는 SVR만 사용, ULTC에만 의존하지 말 것
- 주상 변압기 탭 : 전원에서 멀수록 낮은 탭 (13,800~11,400[V], 5[%] 간격)
- 승압기 : $E_1=E_0\left(1+\frac1a\right)$, $w=\frac{W}{E_1}e_2$ (V결선 $\frac{W}{\sqrt3E_1}e_2$·총 $2w$, △결선 총 $3w$)
- 플리커 최대 원인 아크로, 공급 측 대책은 단락 용량 큰 계통·전용 변압기
- 고조파 : 66[kV] 이하 왜형률 3[%], 공진 방지 = 직렬 리액터(6[%])
2. 역률 개선
- 효과 : 손실 저감, 설비 여유, 전압 강하 경감, 요금 저감
- $Q_c=P(\tan\theta_1-\tan\theta_2)$
- △결선 정전 용량은 Y결선의 1/3, $C\propto 1/V^2$ → 고압 측 유리
- 설비 여유 : $W_1=W_0\left(\frac{\cos\theta_2}{\cos\theta_1}-1\right)$, $P_1=W_0(\cos\theta_2-\cos\theta_1)$
- 전압 상승률 $\approx Q_c/\text{단락 용량}\times100[\%]$
- 역률 요금 : 지상 90[%]·진상 95[%] 기준, 1[%]당 기본 요금 0.2[%]
- 설치 장소 : 말단일수록 손실·전압 강하 효과 大, 용량·투자 大
3. 손실과 승압
- 손실 ∝ $1/V^2$, ∝ $1/\cos^2\theta$ → 22.9[kV] 승압 시 손실 1/48
- 110→220[V] : 공급 용량 2배, 손실 25[%]
- 손실 경감 : 전류 밀도 감소·불평형 해소, 콘덴서, 급전선 분할, 아몰퍼스 변압기, 승압
4. 배전 선로 보호
- 사고 최다 = 1선 지락, 변압기 사고는 자체 고장이 반 이상
- 고압 = 보호 계전기(OCR 150[%]·0.2초), 주상 변압기 = COS, 저압 = 퓨즈·차단기
- 혼촉 : $iR=E\frac{R}{R_n+R}$, 저압 전위 상승 150[V] 이하
- 리클로저(재투입) + 섹셔널라이저(무전압 개방, 직렬 조합) — 고장 90[%] 이상 순간 고장
5. 옥내 보호·접지
- 인체 안전 한계 30[mA·s], 누전 차단기 30[mA]·0.03초 (욕실 15[mA])
- KEC : 50[V] 초과 금속 외함 기기 → 누전 차단기, 종별 접지 폐지
- 변압기 중성점 접지 $R\le150/I$ (300/I, 600/I)
- 외함 전압 $V_1=\frac{R_3}{R_2+R_3}V$, 감전 전류 $I_2=\frac{R_3V}{R_2R_3+R_3R+RR_2}$ → 접지만으로는 부족
- 접지극 지하 0.75[m] 이상, 금속체에서 1[m] 이격, 지표상 2[m]까지 합성수지관
정리 범위 : 519~588쪽(빠진 쪽 없음). 예제는 중요한 것만 싣고 나머지는 한 줄 메모로 남김. 장·절·표·예제 번호는 정리본 순서에 맞춰 13.x로 바꿈(책은 14장).