전기설비 운영관리

[친절한종합관리미술]

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전기설비 운영관리

1. 전력요금

□ 계약전력 선정

○ 사용설비에 의한 방법과 변압기설비에 의한 방법중 작은 것으로 선정 다만, 최대수요전력이 계약전력을 초과하였을 경우에는 최대수요전력

- 사용설비에 의한 계약전력 : 사용설비의 개별입력의 합계에 계약전략 환산율을 곱하여 구한 전력

- 변압기설비에 의한 계약전력 : 수전받고자하는 변압기의 표시용량(예비전압기를 둘 경우에는 동시에 가동되지 않도록 보완)

○ 요금적용전력 결정 : 검침당월을 포함한 직전 12개월중 7,8,9월 및 검침당월중의 최대수요전력을 요금용전력으로 산정(최대수요전력 효율적으로 관리)

○ 역률 관리 : 역률이 90%에 미달할 경우는 매 1%에 대하여 기본요금의 1%씩 추가부담하고, 90%를 초과하는 경우에는 95%까지 매 1%에 대하여 기본요금에서 1%씩 감액

○ 총 전력요금 = 기본요금 + 전력량요금 ± 역률에 의한 할인 및 할증요금 + 부가가치세

☞ 전력요금의 구성요소에 대하여 쓰시오 : 기본요금, 전력량요금, 역률에 따른 할인‧할증 및 부가가치세

- 기본요금 : 요금적용전력에 해당종별의 기본요금 단가를 곱한 금액

- 전력량 요금 : 전력사용량에 해당 종별의 요금단가를 곱한 금액

- 역률에 의한 할인 및 할증요금 : 기본요금 x (90% - 기간평균역률%) ,최대 95%까지만 인정

- 부가가치세 : (기본요금 + 전력량 요금 ± 역률에 의한 할인 및 할증요금) × 0.1

☞ 전력요금은 ( ), ( ), ( )로 구성되어있다. (5점)

(기본요금), (전력량요금), (역율에 따른 할인‧할증 및 부가가치세)

□ 전압의 종류

○ 저전압 : 직류는 750V 이하, 교류는 600V 이하의 전압

○ 고전압 : 직류는 750V ~ 7,000V 이하의 전압,

교류에서는 600V~7,000V 이하의 전압

○ 특별고전압 : 7,000V를 초과하는 전압

□ 표준전압의 종류(단위 V)

: 한국전력에서 수용가에게 전기를 공급하는 전선로의 전압

○ 저 압 : 110, 220, 380

○ 고 압 : 3,300, 5,700, 6,600

○ 특별고압 : 11,400, 22,000, 22,900, 66,000, 154,000, 345,000

☞ 다음중 표준전압이 아닌것은 ? (220, 380, 660, 3300V)

□ 수전전압

○ 계약전력 100kW 미만 : 저압 수전

○ 계약전력 100kW 이상 : 특고압 수전

- 5,000kW 이하 : 22.9kV 일반배전선로 수전

- 5,000kW초과 10,000kW 이하 : 22.9kV 선로 수전

- 10,000kW초과 300,000kW이하 : 154kV 선로 수전

□ 산업용 전력

○ 산업용전력(갑) : 계약전력 300kW 미만

○ 산업용전력(을) : 계약전력 300kW 이상 ~ 1,000kW 미만

○ 산업용전력(병) : 계약전력 1,000kW 이상

※ 사용량에 따른 선택요금(산업용) Ⅰ, Ⅱ 구분

- 선택요금(Ⅰ) : 기본요금이 낮고 전력량요금이 높음

- 선택요금(Ⅱ) : 기본요금이 높고 전력량요금이 낮음

□ 최대수요전력인 피크치(peak) 관리방법

: 종전 전력회사 공급위주의 전력수급계획이 전원입지 확보난가중, 막대한 투자재원조달문제, 환경규제강화 등으로 공급설비의 적기확보가 어려워지자 수요관리의 중요성 대두

○ 최대수요전력제어시스템(Demand Controller)의 적용

: 일정피크전력을 오버하는 경우 강제적으로(제어순서를 설

정) 차단시키는 제어시스템

- peak-cut 제어(개별형 냉난방제어, 사무실 감지센서 소등)

○ 에너지절약형 설비 도입(고효율 기기의 사용)

- 인버터, 고효율전동기, 고효율조명기기 등/침전지내 태양광발전시설

○ 최대부하시간대의 부하를 경부하시간대(심야)로 이동

- 축열식 전기온수기, 축열식 냉난방기기 등

※ 심야전력 : 특정시간대에 집중되는 전력수요를 분산, 전기사용이 적은 심야(밤 10시~ 8시)시간대 수요를 증대 전력설비 효율적 이용

- 심야시간대 전기를 공급받아 축열, 축냉하여 냉반방 및 온수를 이용하는 심야전력기기에 대하여 별도의 전기요금 적용(심야전력계량기, 타임스위치 별도 설치)

- 심야전력기기 : 축열식 난방, 온수기기, 축냉식 냉방설비, 소형 축냉식 에어콘

☞ 정수시설 운영에서 최대수용전력인 피크치(Peak) 관리방법에 대하여 아는 대로 쓰시오.

○ 부하율 = (평균사용전력량/ 최대전력) × 100

: 부하율이란 일정기간의 최대전력에 대한 평균전력의 비율을 말하며, 최대전력을 감소하거나 평균전력을 증대시킴으로서 부하율을 향상할 수 있음

☞ 1일 사용전력량이 60kWh, 최대전력 8KW인 공장의 부하율은? 31.3%

☞ 100(V) 60(W)인 전등 5개를 매일 6시간 점등하고 220(V) 2(㎾)의 히터를 매일 4시간 사용했을 때 1개월(30일)간의 소비전력량은 몇 ㎾h인가?

(0.06KWX5X6(H)시간 + 2KWX4H)X30일 = 294 ㎾h

□ 오옴의 법칙

I: 전류(A), V: 전압(V), R: 저항(Ω)

☞ 100V, 600W인 전열기를 사용하는 상태에서의 저항은 ?

2. 수변전설비 개요

□ 수변전설비(개요와 구성)

: 전력회사로부터 전력을 공급받아서 각 소요부하에 공급하기 위한 설비를 말하며 아주 경미한 사고나 고장에 의해서도 전체시설의 기능이 마비될수 있는 수도시설에 있어서 대단히 중요한 설비로서 인입설비, 수전설비, 변전설비, 배전설비 등으로 구성

- 인입설비 : 책임분계점으로부터 수전기기까지의 전선로

- 수전설비 : 전력회사로부터 전력을 공급받기 위한 설비 (수전점에서 변압기 1차측까지)

- 변전설비 : 부하의 전기방식 및 전압에 대응하는 설비 (변압기에서 배전반까지)

- 배전설비 : 부하에 전력을 배분하는 설비

☞ 수변전설비는 전력회사로부터 전력을 공급받아서 각 소요부하에 공급하기 위한 설비로서 ( ), 수전설비,( ), 배전설비 등으로 구성된다.

인입설비, 변전설비

☞ 수변전설비의 개요 및 구성에 대해 설명하시오

☞ 자가용 전기설비의 책임분계점 개폐기의 소유, 유지보수, 관리 조작권은 누구에게 있는가?

한국전력공사

○ 수전방식 : 1회선 수전방식, 2회선 수전방식(상용‧예비

수전방식), 뱅크 수전방식, 스포트 네트워크수전방식

○ 계획정전시 조치요령

정전작업전 사전협의 ⇒ 정전조작(단계별 차단개방) ⇒ 정전상태 확인 및 점검 ⇒ 정전작업구간 구분 ⇒ 전기설비 측정시험 ⇒ 시험종료 ⇒ 전원투입(단계별 차단기 투입)

①책임분계점 개폐기

: 전용선로(한전 변전소), 한전 배전선로로부터 수전

② 인입선로

: 책임분계점으로부터 수전기기까지의 전선로

※ 전기사용장소의 인입전주(책임분계점)로부터 구내 수전

설비의 인입개폐기까지는 보통 지중배전선로가 포설되며 케이블은 22.9kV CNCV-W(수밀형 동심중성선 가교폴리에틸렌절연 비닐시스케이블)를 사용한다.

< CN-CV 케이블 >

③ ALTS(자동부하절환장치)

: 주전원 정전시 예비전원으로 자동절환

☞ 수전방식을 상용, 예비 2회선을 수전하는 경우 주전원 정전시 순간적으로 예비전원으로 자동절환하여 안정된 전원공급을 받을 수 있도록 하는 장치는?

ALTS(자동부하절환개폐기)

④ 인입구 개폐기

: 전기회로를 차단, 투입, 절체시키는데 사용되는 기구 또는 스위치, 주로 수전설비의 인입구측에 설치 사용

- ASS(자동고장개폐기), ALTS(자동부하절환개폐기), COS(컷아웃스위치), DS(단로기), LBS(부하개폐기)

⑤ 피뢰기(LA)

: 선로로부터 유입될 수 있는 이상전압(낙뢰, 개폐서지등)을 대지로 방전하여 시설을 보호

⑥ 전력용퓨즈 (PF: Power Fuse)

용도 : 고압회로의 단락 및 기기의 보호용

(1) 장점 : 가격이 싸다. 소형경량이다. 보수가 간단하다. 고속도 차단한다. 소형으로 큰 차단 용량을 갖는다.릴레이나 변성기가 필요없다.

(2) 단점 : 재투입할 수 없다. 과도전류로 용단하기 쉽다.

보호특성이 일정하여 조정이 안됨, 3상중 1상만 끊어지면 전동기 등이 소손될 우려가 있음

⑦ MOF(계기용 변압변류기)

: 전력사용량을 계량하기 위한 장치

- 구조 : 하나의 외함속에 PT와 CT를 함께 내장시킨 것

⑧ 전력퓨즈 : PT 또는 GPT를 보호개폐하고자 설치

⑨ PT(계기용변압기)

: 고압회로의 전압을 저압(110[V])으로 변성하기 위해서 사용(배전반의 전압계, 전력계, 표시등의 전원 사용)

GPT(계기용접지변압기)

: PT에 3차권선을 부가, 영상전압 계측, 지락계전기와 연결 지락보호

☞ 계기용변성기의 기능에 대해 설명하시오.

전력회로의 대전류나 고전압을 이에 비례하는 크기의 전류나 전압으로 변환하여 계기 또는 보호계전기 등이 사용할 수 있도록 하는 기기

(고전압, 대전류를 계측하거나 보호용계전기를 직접제어할 수 있도록 저전압, 소전류로 강하)

⑩ 주차단기(CB)

: 통상의 개폐, 사고시 회로 차단

⑪ 변류기(CT)

: 고압회로의 대전류를 소전류(5[A])로 변성하기 위해서 사용(전류계 및 트립코일의 전원으로 사용)

※ 주의할 점 : 계기용변류기(CT)는 1차회로가 통전중일 때 2차회로를 개방하면 안된다.

- 1차전류가 모두 여자전류로 되어 2차측에 이상전압발생으로 절연파괴 또는 과열 및 소손유려가 있음

- 따라서, 2차단자에 연결되어있는 계기나 계전기를 교체하려 할 때는 1차회로를 정전시키거나 2차단자를 단락시킨후에 실시하여야 함.

☞ ( )안에 알맞은 말을 순서대로 쓰시오.

“계기용 변성기는 ( ① )의 크기를 변성하는 PT, ( ② )의 크기를 변성하는 CT, 고전압 회로의 ( ③ )을 계량하기 위한 MOF, 선로 접지사고시에 대지로 흐르는 ( ④ )를 검출하기 위한 ZCT, ( ⑤ ) 검출을 위한 GPT 등이 있다.”

① 전압 ② 전류 ③ 전력량 ④ 영상전류 ⑤ 영상전압

⑫ 차단기

: 각각의 변압기 뱅크를 개폐하거나 보호

⑬ 변압기(TR)

: 고압 또는 특고압을 사용에 적합한 전압으로 변환

○ 영상변류기 ZCT : 지락사고발생시 흐르는 영상전류를 검출하여 접지계전기에 의하여 차단기를 동작시켜 사고범위를 작게 한다.

☞ 계기용 변성기중에 선로 접지사고시 대지로 흐르는 영상전류를 검출하는 변성기는 무엇인가?

영상변류기(ZCT)

□ 수전설비의 운전․ 정지 조작(평상시 숙지)

○ 책임분계점 개폐기조작, 사전에 한전에 연락

○ 정전작업시 감전사고방지를 위해 개폐기조작후 검진기를 사용 가압여부 확인, 작업장소의 전원측 회로 접지

○ 주회로의 개페조작은 2인이 원칙,(조작, 감시) 오조작 방지

○ 단로기조작 경우, 부하측 차단기나 개폐기를 개방후 조작

○ 조작통제자는 조작순서를 미리 결정하고 순서결정표를 체크하면서 운전정지 조작을 통제

□ 배전선로

: 고압배전선은 3.3kV, 6.6kV, 22kV의 3상3선식이었으나 최근 전력수요의 증가에 따라 전압강하 및 전력손실의 경감을 도모하기 위하여 22.9kV-y로 통일, 승압중에 있음.

○ 고압배전선로의 전기방식

- 3상3선식(중성점 비접지방식) : 지락전류가 작다는 장점

- 3상4선식 : 주변압기 2차측을 Y결선으로 중성점 접지, 지락전류가 커 고저압 혼촉시 저압선의 전위상승이 높아지고 통신선에 유도장해 우려(국내 배전승압화로 확대)

3. 단로기(DS : Disconnecting Switch)

(1) 단로기의 역할

- 점검수리 기기를 전로에서 완전 개방할 때

- 모선의 접속의 변경이 필요할 때

☞ 다음 개폐기중 부하전류 개폐와 단락전류의 차단능력이 없는 것은? 단로기(DS)

< 각종 개폐기의 기종 비교 >

기 종 기 능	단 로 기	부하개폐기	퓨즈달린 부하개폐기	차 단 기
무부하 개폐	○	○	○	○
부하전류의 개폐	×	○	○	○
단락전류의 차단	×	×	○(퓨즈)	○

(2) 단로기, 부하개폐기의 점검사항

: 일상점검이란 눈이나 청각 등 외관적으로 이상유무를 감시하는 것으로서 설비전반을 순시할 때 병행해서 실시하는 경우가 많음

- 지지애자 붓싱, 절연물의 파손, 오손상태

- 통전 접촉부의 접속 및 변색상태, 잠금장치의 걸림상태

- 조작장치의 부식 파손, 오손상태

- 개폐 표시장치의 명판 지침 등 표시상태, 접지상태

4. 차단기(CB : Circuit Breaker)

(1)용도 : 선로 이상상태(과부하, 단락, 지락)고장시 고장전류 차단, 부하전류, 무부하 전류를 차단한다

(2)정격 차단시간(3~8Hz)

- 7.2kV 이하 : 8Hz

- 25.8 ~ 72.5kV : 5Hz

- 170kV 이상 : 3Hz]

☞ 통상 자가용전기수전설비에서 단락사고등의 발생시 차단기의 실제 차단동작에 소요되는 시간은 대략얼마인가? 0.4초

(3)차단기의 용량

정격차단용량(MVA) = √3 x 정격전압(kV) x 정격전류(kA)

(4)차단기 종류(소호원리에 따라)

○ 유입차단기(OCB)

: 아크를 절연유의 소호작용으로 소호하는 구조(자력소호 기름분해 가스냉각)

○ 공기차단기(ABB)

: 강력한 압축공기를 불어넣어 소호, 특고압용

○ 기중차단기(ACB)

: 공기 차단기의 일종. 저압용으로 쓰인다.

○ 진공차단기(VCB)

: 진공상태의 높은 절연내력과 아크생성물이 진공중으로 급속히 확산하는 성질을 이용하여 소호하는 차단기

- 높은 절연내력, 소형경량, 기름x 화재위험x 최근에 많이 사용, 동작시 높은 서지전압발생

○ 자기차단기(MBB)

: 아크와 차단전류에 의해 만들어진 자계와의 사이의 전자력에 의해 아크를 소호실로 끌어 넣어 차단하는 구조

○ 가스차단기(GCB)

: 공기나 절연유대신 절연능력과 소호능력이 뛰어난 불활성가스인 SF6가스를 이용한 차단기

- 차단성이 좋고 소음이 작다. 가격이 고가, 설치면적이 커서 대부분 초고압계통에 사용

< 고압모터기동차단기 방식 비교>

구 분	VCB	PF+VC
정격전류(A)	400, 630, 1250, 1600	200, 300, 400
정격차단전류(kA)	8, 12.5, 20, 25	VC단독 4, PF+VC 40
조작전원/방법	AC, DC 솔레노이드	AC, DC 순시여자방식
전기적 수명	1만회	25만회
가격	VC+PF보다 10~20%고가	VCB보다 10~20% 저렴

※고압차단기는 부하의 개폐를 담당하는 VC와 선로의 고장전류를 차단하는 PF의 조합형으로 VCB의 개폐서지의 문제점을 보완

□ 차단기 일상점검 사항

- 개폐표기, 표시등 표시상태

- 이상음, 이취 등의 발생유무

- 과열, 변색유무

- 애관류의 균열, 파손 유무

- 압력계의 정상상태(가스차단기)

- 단자조임상태

- 녹, 변형, 오손유무 등

□ 컷아웃 스위치(C.O.S)

- 용도 : 배전선로의 전주위, 또는 자가용 변전실에서 변압기의 1차측에 달아 과전류 보호용으로 쓰인다.

5. 피뢰기 (LA: Lighting arrester) 및 접지

□ 피뢰설비 설치대상

- 건축물의 높이가 20m를 넘는 건물

- 굴뚝, 광고탑, 고가수조 등으로 높이가 20m를 넘는 공작물

- 소방법에 의한 위험물 제조소

- 낙뢰 다습지역의 건축물 또는 공작물(높은탑, 굴뚝, 외딴건물)

- 낙뢰로 인한 피해가 크게 예상되는 건물(학교, 백화점, 극장, 축사)

☞ 송배전선으로부터 침입해 들어오는 이상전압(뇌서지, 개폐서지 등) 등에서 수변전설비내의 기기의 보호를 목적으로하는 설비는?

피뢰기 설비

(1) 피뢰기 설치목적

① 외부 이상전압 (낙뢰, 역섬락) 억제

② 기계기구의 절연보호

③ 이상전압을 대지로 방전시키고 속류 차단

(2) 피뢰기 설치장소

① 발‧변전소 인입‧인출구

② 배전용 변압기의 고압 및 특고압측

③ (특)고압 수용가 인입구

④ 지중전선과 가공전선로가 접속되는 곳

< 피보호기와 피뢰기의 최대 이격거리 >

선로전압(kV)	유효이격거리(m)
154	65
66	45
22	20
22.9	20

☞ 피보호기와 피뢰기의 선로전압별 최대 유효이격거리가 잘못된 것은?

□ 피뢰방식의 선정

: 피뢰돌침방식, 수평도체방식, 케이지방식, 가공지선방식, 펄스발생방식, 충전전하분산방식 등이 있으며, 신뢰성 및 현장여건을 고려하여 선정

< 주요 피뢰방식 >

구분	플랭클린 ROD(돌침형)	ESE(집전양방식)	CTS(충전전하분산방식)
원리	피뢰침을 높게설치, 낙뢰를 확률적으로 유도	상향스트리머를 발생, 낙뢰를 조기에 유도	뇌운에 의해 대전된 충전전하를 상승, 뇌운과 대지간의 전계강도를 낮게 유지(낙뢰발생근본방지)
구성	피뢰침, 지지대, 접지설비, 접지선	센서, 진동발생장치, 접지설비, 접지선	이온화기, 접지설비, 접지도체(철구조물, Pole등 기존구조물이용)
보호 효과	직격뢰를 대지로 유도 대상물 보호, 유도뢰는 무방비	돌침형에 비해 확률적, 지역적으로 넓게 낙뢰를 조기유도, 유도뢰 무방비	낙뢰발생을 근본적으로 억제, 직격뢰뿐만아니라 서지발생의 원인이 되는 유도뢰까지 방지

☞ 피뢰설비를 선정하는 방식을 3가지이상 쓰시오

☞ 방전시간이 빠르고 다중뇌, 오손 등에 강하기 때문에 신뢰도가 높고 소형경량이어서 GIS화 등에 유리하나 직렬갭이 없기 때문에 항상 누설전류가 흐르는 단점이 있는 피뢰기는 ? 산화아연형 갭레스피뢰기

□ 접지란 전기설비에 도체를 이용하여 전기적으로 접속

- 접지대상물의 전위를 대지와 등전위 유지(대지전위 상승 억제)

□ 접지 목적

: 전기설비의 접지목적은 기기의 보호와 절연물의 열화손상에 의한 누설전류로부터 인체를 보호하는 것

- 감전방지 : 기기의 외함접지, 고저압 혼촉방지

- 유도방지(차폐) : 정전유도(전압), 전자유도(전류)

- 낙뢰피해 방지 : 피뢰기, 피뢰침

- 설비 보호 : 절연강도 저감, 보호계전기의 확실한 동작

○ 보안용 접지 : 뇌나 누전 등의 과전압으로부터 인체 및 장비보호

- 감전 방지 : 기기 금속외함의 접지

- 유도 방지 : 케이블 금속 차폐층의 접지

- 정전기방지 : 절연된 바닥의 고저항 접지

- 건물의 직격뢰 방호 : 피뢰침용 접지

- 송배전선로 방호 : 계통 접지

- 유도뢰 방호 : 피뢰기용 접지

○ 기능용 접지 :

- 전기방식용 양극접지, 기준전위 확보용 접지, 전기철도용접지, 전기용접기용 접지

□ 접지공사의 종류

접지공사의 종류	접지저항	기계기구의 설치구분
제1종 접지	10Ω 이하	고압 또는 특별고압용
제2종 접지	변압기의 고압측 또는 특별고압측전로의 1선지락전류/150	고압전로 또는 특별고압전로와 저압전로를 연결하는 변압기의 저압측 중성점
제3종 접지	100Ω 이하	400V미만의 저압용
특별 제3종 접지	10Ω이하	400V이상의 저압용

□ SA(서지흡수기) 설비 → 서지업소버(Surge Absorber)

: 피뢰기와 구별하여 내뢰 즉, 개폐서지, 순간과도전압 등의 이상전압이 2차기기에 악영향을 주는 것을 방지

- 설치위치 : 보호하고자 하는 기기 전단 및 개폐서지를 발생하는 차단기 후단 각상의 전로와 대지 간에 설치

☞ VCB는 개폐서지의 발생빈도와 크기가 높고 진공접촉기(VC)는 아주 약하게 발생되므로 VCB를 사용하는 경우에는 바로 후단에 SA를 설치하고, 사용하지 않는 경우에는 보호대상기기의 전단에 설치하는 것이 바람직

< 서지흡수기(SA) 설치위치 >

□ 단독(독립)접지 및 공통(공용)접지

< 단독접지 > < 공통접지 >

○ 단독접지의 장단점

- 장점 : 뇌전류로 인한 기기손상시 다른시스템을 보호할 수 있음

- 단점 : 시스템간의 충분한 이격거리를 확보해야하고 완전한 전기적 절연이 필수적으로 요구되며, 뇌전류 및 강한 서지전압유입시 시스템간의 전위차 발생(기기손상)

○ 공통접지의 장단점

- 접지선이 짧아 접지계통이 단순해지므로 보수점검이 용이

- 접지전극중 1개가 불능이되도 타극으로 보완, 신뢰도 향상

- 접지전극수가 적어 설비시공면에서 경제적

- 접지시스템의 한계를 초과하는 문제발생시 연결된 모든 시스템에 손상을 가져올 수 있음

- 전위상승 파급의 위험, 전력용과 통신용을 분리하여 접지를 구성하고, 양접지를 연결하여 전위차해소기 설치

6. 보호 계전기

□ 시스템 구성

: 변성기로 전압, 전류 등을 검출하여 보호계전기에 신호가 입력되면 판단부에서 설정값이상이라고 판단되면 차단기, 알람 등을 동작시켜 보호기능을 달성

○ 검출부 : 계기용변압기(PT, GPT)나 변류기(CT, ZCT)등으로 대표되며 주회로의 전압, 전류를 검출하여 판정부의 계전기에 알맞은 값(통상 110V, 5A)으로 변성한다.

○ 판정부 : 보호계전기로 대표되며, 검출부에서의 전압, 전류등의 신호를 받아 그 크기 시간적 변화, 상호간의 위치관계 등으로써 사고유무와 동작필요성여부를 판정, 필요시한에 동작부에 지시

○ 동작부 : 차단기(CB)로 대표되며, 판정부의 지시로서 전로를 차단하고 사고를 분리한다.

☞ 전력설비 보호계통의 구성요소 3가지와 각 구성요소에 속하는 기기의 예를 드시오.

① 동작부 : 차단기

② 검출부 : 계기용변성기

③ 판정부 : 보호계전기

□ 보호계전기

: 전선로, 기기 등에 과부하, 과전압, 단락 또는 지락사고 등 이상상태발생시 신속히 이를 검출하여 사고피해확산을 방지하여 고장기기나 설비의 손상을 최소한으로 억제

□ 보호계전기 종류

○ 과전류계전기(OCR) : 계전기에 미리 정정된 값이상의 전류가 흐를 때 동작(변압기, 배전선로, 전동기등의 단락사고나 과부하보호에 사용)

○ 과전압계전기(OVR) : 회로의 전압이 계전기의 정정된 값보다 이상일 때 동작(전력회로의 과전압 보호에 사용)

○ 부족전압계전기(UVR) : 단락사고 또는 정전으로 인해 회로의 전압이 정정값이하로 내려갔을 때 동작(정격전압의 70~80%에서 정정)

○ 지락과전류계전기(OCGR) : 선로나 부하의 지락발생시 발생되는 지락전류를 검출(계통의 지락보호)

○선택지락계전기(SGR) : 여러개의 전력선로중 지락이 발생된 선로만 선택적으로 차단할 수 있게 하는 계전기

(지락사고시 가동부하의 정지를 최소화하기 위해 취,가압장 등 펌프설비에 많이 사용)

※ 수변전설비의 전기회로의 사고는 전로의 절연파괴, 외부원인에 의한 외상, 접촉 등에 의해서 발생하는 지락사고, 단락사고 및 부하설비의 과부하에 의하여 발생하는 전로의 과열 및 도체 접속부의 과열로 생기는 2차적 사고로서 전로의 보호는 과부하보호, 단락보호, 지락보호로 대별된다.

< 지락 사고 >

전기사고의 대부분은 지락사고, 이상전압발생이나 지락점아크 등에 의하여 단락사고나 화재사고로 발전할 가능성이 큼.

지락사고가 발생하면 지락전류를 검출해서 지락점을 빨리 제거해야 하는데 이때는 지락사고가 발생한 회선만이 아니라 건전한 회로에도 파급되기 때문에 피보호회로의 대지정전용량이 큰곳에서는 방향성을 가진 지락계전기로 외부지락인가 내부지락인가를 판단하여야 한다.

○ 3E 계전기 또는 4E 계전기 : 주로 전동기의 과부하 및 단락, 결상, 역상 등의 사고시에 동작하는 계전기

(4E 계전기는 3E 계전기에 지락검출기능이 추가)

○ 결상계전기(POR) : 3상회로에서 1상이 결여됐을 때 동작하는 계전기로 주로 모터보호를 위해 사용

○ 비율차동 계전기(RDR) : 두전류의 크기차이가 일정값이상이면 동작하는 계전기(대형변압기 층간단락보호용으로 사용)

☞ 상수도시설에 주로 많이 사용되고있는 보호계전기의 종류를 5가지이상 들고 각각의 목적을 간략히 설명하시오.(5점)

① 과전류계전기 : 단락사고나 과부하 보호

② 과전압계전기 : 과전압보호

③ 부족전압계전기 : 저전압에서의 운전방지

④ 3E 계전기 :전동기의 과부하, 결상, 역상사고 보호

⑤ 열동계전기 : 중소용량 전동기의 과부하 보호

⑥ 선택지락계전기 : 지락사고시 선택차단

⑦ 비율차동계전기 : 변압기의 내부 사고 보호

☞ 전동기와 변압기의 보호계전기 종류를 3가지 이상 들고 간단히 설명하시오

○ 전동기 : OC(G)R : 과전류시 차단하여 모터소손 방지

UVR : 저전압에 의한 과전류로 인한 모타소손 방지

POR : 결상에 의한 모타소손 방지

SGR : 지락사고시 다른 건전한 모터의 운전에 영향파급을 방지

온도계전기 : 모타권선의 온도과열시 경보 또는 차단토록 하여 모타보호

3E : 모타보호의 과전류, 결상, 역상계전기의 역할을 하나로 콤팩트화한 중소형 모타보호용

○ 변압기 :

- PDR : 변압기 내부단락시 변압비율이 틀려짐을 감지하여 보호

- 부흐홀쯔 릴레이 : 변압기 단락, 절연파괴시 압력에 의해 동작

- 온도계전기 : 변압기온도를 감지하여 경보, 차단 변압기보호

○ 전동기의 과부하 및 단락, 결상, 역상 등의 사고시에 동작하는 계전기는? 3E

○ 중소용량의 전동기의 과부하 보호용에 많이 사용하는 계전기는? 열동계전기

○ △결선의 3상회로에서 고장 등의 요인에 의하여 1상이 제거되었을 경우를 V결선, 제거된 1상을 제외한 나머지 2상에 의해 3상전력을 얻을 수 있는 이점이 있다.

V 결선시의 3상전력 Pv는 Pv = √3 Vp Ip cosθ

고장나기전 △결선시의 출력을 P△ 라 하면

Pv	√3 Vp Ip cosθ	1
P△	3 Vp Ip cosθ	√3

- 출력비 := 0.577

V결선시의 이용율은 2상에 의해 Pv 를 얻으므로

√3 Vp Ip cosθ	√3
2 Vp Ip cosθ	2

- 이용률 : = 0.866

☞ 1,000[kVA]의 단상변압기 3대를 델타결선(△)하여 1,500[kVA] 3상 부하로 운전하던 중 변압기 1대가 소손되었다고 할 때 다음의 문제에 답하시오.

가. 이 상태로 공급할 수 있는 최대전력은?

Pv = √3 V I = √3 x 1,000(KVA) = 1,732(KVA)

나. 이 때 변압기 1대의 이용율은 얼마인가? 86.6[%]

7. 전력용 콘덴서(SC)

(1) 용도

: 역률개선

(교류의 배전선로나 송전선로에 연결하여 선로의 역률을 개선하기 위하여 사용하는 설비)

(2) 설치효과

- 설비용량의 실질적인 증가

- 전압강하의 감소

- 전력손실(변압기, 배전선로 등) 감소

- 설비 이용률 증가

- 전력요금의 할인

☞ 전력용콘덴서 사용에 의한 역률개선 효과에 대해 설명하시오

- 변압기, 배전선로 등의 손실 경감

(변압기동손과 선로손실은 역율의 제곱에 반비례감소)

- 설비용량의 실질적인 증가

(1000KVA 용량의 변압기를 역율 0.6으로 사용하면 600KW, 역율 0.9로 사용하면 900KW사용, 이용율 향상)

- 전압강하의 감소

- 전력요금의 경감

(3) 콘덴서 용량

[kVA]

☞ 역율 0.8, 출력 320kW인 부하에 전력을 공급하는 변전소에 콘덴서 140(kVA)를 설치하면 합성역율은 어느정도 개선되는가?(6점)

○ 역률(COSθ) = 유효전력/피상전력

☞ 펌프모타 기동반의 계기를 보니 유효전력계는 400[kW], 무효전력계는 300[kVar]를 나타내고

득점

있었다. 이 모타의 역률을 구하시오 (단 계기의 정확도 및 전선로의 영향은 무시한다) (5점)

= = 0.8 (80%)

(4)콘덴서 설비의 주요사고 원인

⑤ 콘덴서 설비의 모선 단락 및 지락

⑥ 콘덴서 도체 파괴 및 층간 절연 파괴

⑦ 콘덴서 설비 내의 배선 단락

□ 고압콘덴서 고장보호

○ 내부회로 보호

- NCS : 중성점간 직결선에 흐르는 전류를 감지, 고장회로 제거

- NVS : 중성점간의 불평형전압을 검출

○ 콘덴서외함 팽창검출 : arm switch감지, 차단기에 차단신호

콘덴서 용량 (KVA)	10~30	50	75~100	150이상
부풀음값 (mm)	15	20	25	30

○ 보호계전기

- 과전압보호 : 정격전압의 130% 동작, 시한은 2초 정도

- 단락보호 : 과전류계전기 동작치는 정격전류 150% 정도

8. 변압기

< 유입변압기 > < 몰드변압기 >

○ (변압기의 권수와 변압비와의 관계식) 변압비 :

V1/V2 = N1/N2

(1) 변압기 결선

	Δ-Δ 결선	Y-Y 결선
장점	‧제3고조파가 없다. 유도장해가 없다. 1대고장시 V결선 가능	‧중성점접지 가능 ‧순환전류가 없다
단점	‧중성점 접지 불가 ‧순환전류가 있어 권선가열	‧제3고조파 ‧V-V 결선 불가
	Y-Δ 결선	V-V 결선
장점	‧Δ결선‧제3고조파가 없다. ‧중성점 접지 가능	출력:√배, 이용률:86.6%, 출력비:57.7%
단점	‧V-V결선불가능, 1,2차30°위상차

(2) 변압기 절연물의 종류

Y	A	E	B	F	H	C
90℃	105℃	120℃	130℃	155℃	180℃	180℃♂

(3) 변압기 병렬운전 조건 : 극성이 같을 것, 권수비가 같을 것(큰 순환전류로 인해 과열 소손), 1차‧2차 전압이 같을 것, 백분율 임피던스가 같을 것(이용율 저하)

(4) 345[kVA]‧154[kVA] 변압기 보호 계전기

1.1.1. ① 비율 차동 계전기

1.1.2. ② 브후흘쯔 계전기 - 절연사고 확대 방지

1.1.3. ③ 온도 계전기 ④ 과전류 계전기

1.1.4. ⑤ 압력 계전기

☞ 변압기(22000/220V)의 1차 전류가 10A일 경우 2차측 전류는 얼마인가?

☞ 임피던스 전압이란 ? 정격전류가 흐를 때의 변압기내의 전압강하

☞ 변압기 내부 단락사고 보호 -- 비율차동계전기(RDR)

☞ 변압기 보호계전기 조합(온도계전기-과전류-비율차동계전기, 비율차동계전기-브흐홀쯔계전기-온도계전기)

○ Is = In / %Z

☞ 임피던스강하 5%인 변압기, 단락전류는 정격전류의 몇배인가? 20배

☞ 임피던스 5%, 정격전류 100A, 단락전류는?

□ 변압기 종류

구 분	유입식변압기	건식변압기	몰드변압기
절연계급	A종	H종	B종	F종
권선온도상승	55℃	125℃	80℃	100℃
허용최고온도	105℃	180℃	130℃	155℃
설치면적	1.0	0.84	0.67	0.67

○ 유입변압기 : 철심에 감은 코일을 절연유에 함침하여 절연 및 냉각하는 방식(중대형에 가장 보편적으로 사용)

☞ 변압기는 크게 유입변압기, Mold변압기, 건식변압기로 구별된다. 유입변압기의 장,단점에 대하여 쓰시오

- 유입변압기 : 철심에 감은 코일을 절연유에 함침하여 절연 및 냉각하는 방식(수냉식, 공랭식, 성능가격면에서 무난, 권선온도 55℃까지 허용)

0 장점 : 소용량에서 대용량 저전압에서 고전압까지 사용범위가 넓다. 가격이 저렴

옥외설치에 적합, 소음진동이 적고 서지에 강하다. 점검에 의해 수명예측이 가능

내흡습성, 내오손성이 우수

0 단점 : 절연유를 사용하므로 화재의 우려가 있다.(가연성 위험) 절연유 누유 등으로 환경오염의 피해가 우려

정기적인 절연유보수가 필요, 설치면적이 크며 중량이 크다.

○ 건식변압기 : 절연재료가 대부분 H종으로 실리콘 등 불연성재료로 제작되어 소형 경량(화재위험X, 소음진동 大, 서지에약하다)

○ 몰드변압기(일반형/아몰퍼스형)

: 충전부를 전기적 절연특성이 큰 에폭시계열의 합성수지로 함침하여 절연하고 몰딩한 변압기

- 일반 건식변압기에 비하여 절연특성이 우수하고 유입변압기에 비하여 작고 가볍게 생산이 가능, 가격 고가

- 빌딩이나 지하철 등에 많이 사용

- 써지에 약하고 열사이클에 의해서 에폭시수지에 크랙이 생기는 단점을 가지고 있으나 근래에는 많이 개선되고 있음

○ 가스절연변압기(SF6)

: SF6 가스의 뛰어난 절연내력과 냉각효과를 이용한 것

- SF6 가스는 무색,취,독성으로 절연특성, 소호특성이 뛰어남

- 냉각특성이 우수하고 소음이 작으므로 고전압, 대용량에 적합

- 절연물의 열화가 적어 수명이 길고 보수가 간단

< 변압기의 종류 와 특성 >

항목	몰드변압기	가스절연변압기	유입변압기
내열등급	B종, F종, H종	E종	A종
절연구성	에폭시수지, 공기	SF6 가스	종이, 광유
허용 최고온도	130, 155, 180℃	120℃	105℃
표준 사용전압	33kV 이하	60kV 이하	500kV 이하
소음	유입보다 높다	낮다	낮다
흡수성	내흡습성 우수	완전밀봉	밀봉, 질소가스봉입에의해 흡습방지
안전성	난연성 비폭발성	불연성, 비폭발성	가연성
사용장소	옥내	옥내, 옥외	옥내, 옥외

(3) 변압기 사용전 검사항목 : 외관검사, 접지저항 측정, 절연저항 측정, 절연내력시험, 보호장치 동작시험, 계측장치 동작시험, 절연유 내압시험

□ 변압기 일상 점검사항

○ 변압기 이상시 원인 : 과온도에 의한 경보발생, 이상소음에 의한 방법, 단자 및 간선의 이상, 과부하에 의한 방법

○ 변압기 점검사항

- 단자 및 부스의 열화상태 점검

- 큐비클 패널내 점검등 점등상태 확인

- 큐비클 내부, 외부 문잠금상태 확인

- 영상전류의 동작값 확인

- 접지단자의 취부상태 확인

- 권선의 용도 확인

- 변압기 소음측정 확인

9. 예비 전원설비(비상전원)

□ 예비전원설비가 필요한 장소

: 병원 수술실, 사람의 출입이 많은 건물, 동력설비의 배수펌프, 소화전용 펌프, 정전시 운전양수펌프, 환기팬, 엘리베이터, 신호용전원(화재경보장치, 도난경보장치, 확성장치 등)

□ 예비전원설비의 종류

○ 자가발전설비

- 종류 : 가솔린발전기, 디젤발전기

- 장점 : 비교적 장시간의 정전에도 전원의 공급이 가능

- 용량 : 보통 수전용량의 10~20%정도로 한다.

< 가솔린발전기 > < 디젤발전기 >

○ 축전지

- 종류 : 연축전지, 알칼리 축전지

- 용도 : 주로 직류전원의 공급에 이용

- 수명 : 정격용량의 80%용량으로 감소되었을 때

□ 예비전원설비 조건

○ 축전지 : 정전후 충전하지않고 30분이상 방전할 수 있을 것

○ 자가발전설비 : 10초이내에 가동하여 규정전압을 유지, 30분이상 전력공급이 가능할 것

○ 축전지와 자가발전설비의 병용 : 자가발전설비는 비상사태발생후 45초이내에 시동해서 30분이상 안정된 전원을 공급하고 축전지설비는 충전함이없이 20분이상 방전할 수 있을 것

1) 비상용 발전설비

: 비상용 전원설비는 정전에 따라 생기는 단수 등의 시설운용상의 지장을 가능한 저감시키기 위하여 필요한 전원을 확보하는 것

○ 비상발전기 용량 선정

: 4가지사항을 고려 그중 최대치를 만족하는 용량을 선정

- 부하의 정상운전에 대하여 충분한 용량을 갖을 것

- 시동시 순간전압 강하가 허용치 이하일 것

- 발전기 과부하를 고려한 용량

- 고조파부하를 고려한 용량

<가스터빈발전설비와 디젤발전설비의 비교>

구분	가스터빈	디젤
기동성능	정전후전압확립김(20~40초), 한랭시 예열운전 불필요	정전후 전압확립 짧음(5~40초), 예열운전필요
연료소비율	디잴에 비해 많다
냉각수	공랭식	수랭식
진동	진동이 작음, 방진장치불필요	진동커 방진장치 필요
체적, 중량	소형 경량	대형(설치공간 큼)

2) 직류전원설비

: 주동력원 전원과 계전기, 계기, 보조기기, 비상등 등에 사용되는 조작용 전원이 있음. 조작용 직류설비는 충전장치와 축전지로 구성되며, 주로 부동충전방식 사용

○ 부동충전 : 항상 충전기와 축전지, 부하를 병렬로 접속 평상시에는 충전기가 주로 부하에 공급하고 동시에 축전지에도 미세전류로 충전하여 최적 충전상태를 유지

- 축전지가 항상 완전 충전상태에 있고, 정류기의 용량이 적어도 되며, 축전지수명에 좋은 영향을 준다.

○ 균등충전 : 장기간에 걸친 충전으로 인하여 각 전지간에 전압이 불균일하게 생겨, 이것을 시정하기 위하여 과충전하는 방식(약 3주에 한번정도 실시)

□ 연축전지

: 방전시에는 화학에너지를 전기에너지로 바꿔 위부에 공급하고, 충전시에는 외부에서 전기에너지를 받아 화학에너지형으로 저장하는 장치(약 2V 전압발생)

∘ 양극 : 이산화아연(PbO2), 음극 : 연(Pb)

∘ 전해액은 황산용액, 비중은 20℃에서 고정용 1.215, 이동용 1.24

∘ 전지 1개의 공칭전압은 2V, 100V인 경우 50~55개가 소요

∘ 공칭용량은 10시간율(Ah)을 사용, 가격이 싸다

∘ 주로 대용량이나 고전압이 필요한 경우나 안정된 성능을 요하 는 경우 등에 채용

□ 알칼리축전지

: 연축전지에 비해 수명이 길고 기계적으로 견고하며 과충전 및 과방전에 강한 특성이 있는 반면에 단자전압이 낮고 가격이 고가

∘ 양극 : 수산화 니켈(NiOOH), 음극 : 카드뮴(Cd)

∘ 전해액은 가성가리(KOH), 비중은 20℃에서 1.20~1.30 정도

∘ 전지 1개당 전압은 1.3V, 용량은 5Ah가 사용

∘ 밀폐구조로 보수가 거의 필요없어 무인시설에 많이 이용

∘ 소형경량이며 철강재 등의 부식우려가 있는 곳에 사용

※ 축전지 용량산출

L : 보수율(0.8적용), K : 최저전압에 의한 용량환산시간(h),

I : 부하특성별 방전전류(A)

☞ 축전지 용량계산에 고려되지 않는 사항은?

☞ 직류전원설비에서 일반적으로 사용되고 있는 축전지의 종류는? (5점)

알칼리축전지와 연축전지가 있다.

□ 무정전전원장치(UPS) : 정류기, 인버터, 축전지

: 순시전압강하와 정전이 허용되지않는 기기에 전원을 공급할 목적으로 시설하는 장치

☞ 예비전원설비가 필요한 장소를 5가지 이상 쓰시오

: 병원의 수술실, 사람의 출입이 많은 건물, 동력설비의 배수펌프, 소화전용펌프, 정전시 운전양수펌프, 환기팬, 엘리베이터, 신호용 전원(화재경보장치, 도난경보장치, 확성장치 등)

< 축전지의 고장원인과 대책 >

구분	현상	원인	대책
초기 고장	접촉부 이상온도상승 전압비중차가 크다 전지전압차이가 현저	접촉부 조임 불완전 사용개시시에 보충부족 설치시 역으로 접속	조임 균등충전 실시 전지 교환
사용중 고장	충전중 비중저하 어느셀만 비중이 낮다 비중낮고 전압은 높다 전해액 변색, 비중저하 접속부 온도상승 전해액감소 빠르다	균등충전 부족 국부 단락 충전부족,극판노출,불순물 불순물 혼입 접속부 접속불량 실내온도,충전전압이 높음	균등충전 실시 수리 교환 교환 전해액분석, 교환 조이고 교체 환기,충전전압보정
열화	양주극부근의 뚜껑파손	극주부식,극주관통부기밀불량	점검,수리교환

10. 전기방식

□ 부식

: 금속재료가 그 주변환경과의 사이에서 화학적 또는 전기화학적으로 반응하는 과정

○ 부식이란 금속이 물이나 토양과 같은 전해질 속에 놓이면 그 표면의 용존산소, 농도차, 온도차 등 주위환경조건의 차이와 금속자체에 함유된 불순물, 잔존응력, 표면부착물 등의 금속측원인에 의해 그 표면에 부분별로 전위차가 생기게되고 그결과 수많은 양극부와 음극부가 형성된다.

- 양극부에서 음극부로 전류(부식전류)가 흐르게 되는데 이과정에서 양극부의 금속이 이온상태로 용출되어 점차 전해질속으로 용해되어감(이러한 전기화학적 반응을 부식이라함)

☆ 양극부(Anodic Area) : 금속이온과 전자로 분리

Fe → Fe++ + 2e-

☆ 음극부(Cathodic Area) : 수소가스 발생

4H+ + O2- → 2H2O, 2H+ + 2e- → H2

☆ 전해질(Electrolyte)

Fe++ + 20H- → Fe(OH)2 (산화제1철)

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 (산화제2철)

○ 상하수도, 가스배관, 교량부식 → 적수, 누수, 가스누출, 대형사고

○ 부식에 의한 경제손실 : GNP의 4~5%

□ 방식 : 부식현상을 방지하는 것

- 철배관의 산화되는 속도를 억제

: 토양에 매설된 상수용강관은 매설환경에 따라 고유의 전위차로 전류가 흐르게 된다. 전류는 관의 음극에서 양극으로 흐르며 양극부근의 토양으로 유출되어 관의 음극으로 유입된다. 이때 관의 전류유출부에 부식이 발생하며, 유출하는 전류의 반대방향으로 방식전류를 흘려 부식방지

□ 전기방식의 장점

- 방식전류는 도장이 불가능한 환경이나 피방식체의 미세한 부분까지 유입, 완벽한 부식방지 효과

- 부식이 진행된 기존시설물에 전기방식을 적용하면 더 이상 부식이 진행되지않음

- 도장, 도금 등 다른형태의 부식방지 비용보다 저렴한 비용으로 더욱 큰 효과를 얻을 수 있음

☞ 전기방식에서 부식이 진행되지 않는 것으로 판단하는 방식전위의 상한값은? -850mV

□ 전기방식의 종류(외부전원법, 희생양극식, 배류법)

○ 희생양극법 : 매설강관의 전위보다 낮은전위를 갖는 금속(Mg, Al, Zn등)을 매설강관에 직접연결하여 금속간 전위차에 의한 방식전류로 강관의 부식을 방지

- 장점 : 별도의 외부전원이 필요없다.

타 매설물의 간섭이 거의 없다.

별도의 전극 매설부지가 필요없다.

양극수명동안 유지보수가 거의 필요없다.

- 단점 : 개로전위가 낮고 방식전위의 조절이 불가

대지 고유저항이 크거나 균등하지 않으면 불리하다.

방식불량시 보강이 어렵다.

○ 양극재료

- 마그네슘(Mg) : 비버항이 높은 땅속이나 담수중에 설치된 방식대상물에 적용(가스관, 상하수도관, 송유관 등)

- 알루미늄(AL) : 가볍고 대형제작이 가능, 해양구조물에 사용

- 아연(Zn) : 충격시 아크발생없어 인화성가스 발생지역 사용

< Mg 양극> < AL 양극 >

○ 외부전원법 : 부식방지를 위해 소모율이 적은 내소모성금속(Mg, HCSI등)의 양극을 DC전원장치 (정류기)의 +극에 접속하여 토양에 매설하고, -극에 지하매설 상수용강관에 연결하여 전압을 인가하면 양극에서 강제로 전류를 발생시켜 그 전류가 토양을 통해 매설강관으로 유입, 관부식 방지(매설방법에 따라 천매법과 심매법)

- 장점 : 양극전류의 조절이 수월하여 대용량에 적합

토지비저항이 높은 곳에서도 적용이 가능

유효전위를 필요에 따라 조절할 수 있다.

방식설비 보강이 상대적으로 쉽다.

- 단점 : 별도의 외부전원이 필요하다.

타 매설물에 간섭을 미치기 쉽다.

별도의 전극 매설부지가 필요하다.

주기적인 유지보수가 필요하다.

☞ 관부식을 방지하기 위한 전기방식 중 외부전원법과 희생양극법의 장단점을 비교하시오.(5점)

○ 배류법 : 전철 공급전류의 일부가 레일로부터 토양으로 누설되어 인근의 상수용강관등으로 유입될 경우 강관의 전류 유출부에서 부식이 진행, 이 누설전류를 직접 레일 또는 전철변전소로 귀환시켜 부식을 방지

- 선택배류법 또는 강제배류법

☞ 지하철 역사 주위를 지나는 상수도관에 대한 적당한

전기방식방법은?

방식 방법 구분	희 생 양 극 식	외 부 전 원 식
		심매법(DEEP WELL방식)	천매법(SHALLOW BED방식)
방식 전위 분포	전위분포가 고르다	거리에 따라 전위차이가 심하여 과방식,미방식	거리에 따라 전위차이가 심하여 과방식,미방식
소요 부지	불필요	약3㎥ 정도의 부지 필요	상당히 넓은 부지 필요
비용	관길이에따라 고,중,저가 (신규관로 시공에 적합)	고가 (기존관로 시공에 적합)	중간 (기존관로 시공에 적합)
굴착 깊이	배관깊이와거의 동일	통상 45 - 60m	통상 2m 정도

☞ 상수도관로의 부식방지를 위해 시설하는 관부식 방지방법중 전기적인 방법의 종류를 아는 대로 쓰시오

외부전원법(Deep well, Shallow bed)

희생양극식(유전양극식)

배류법(선택배류법, 강제배류법)

11. 전동기

□ 전기에너지를 기계에너지(회전력)로 변환하는 회전기(전기기계)

: 입력으로서 전원으로부터 전력을 받아 출력으로서 기계적인 동력을 내는 회전기

- 직선운동 출력을 내는 리니어전동기도 있으나 대부분 회전기

○ 교류전동기에는 농형유도전동기와 권선형유도전동기, 수도사업장에서는 대부분 농형유도전동기를 사용

○ 농형유도전동기 : 구조가 간단, 유지보수 편리하고 가격 저렴

< 농형 회전자 >

☞ 유도전동기는 회전자구조에 따라 ( )과 ( )으로 나누어진다.

농형, 권선형

< 농형과 권선형의 비교 >

항 목	권선형전동기	농형전동기
가격 구조 유지보수 속도제어	비싸다 복잡(치수/중량 대) 필요 가능	싸다 간단(치수/중량 소) 거의없음 불가능

□ 유도전동기의 원리(플레밍의 왼손법칙)

: 고정자권선에 3상교류전압을 인가하면 회전자계가 발생하고 회전자가 이 자속을 끊으면서 회전자도체에 전류가 발생

- 이전류는 플레밍 왼손법칙에 의해 토오크를 발생시켜 회전자가 회전하게 되고, 회전자가 회전자계와 완전히 동기해서 회전하게 되면 회전자내에는 전류가 흐르지않게되며(토오크=0), 이때를 무부하운전이라 한다. 이때 회전자와 회전자계의 속도차를 슬립이라고 한다.

□ 유도전동기의 속도제어

N : 전동기속도, f : 1차 주파수, P : 전동기 극수,

S : 슬립(slip), Ns : 동기속도 = 120f/p[rpm]

: 주파수(f), 극수(P), 슬립(S)의 파라메터를 변화시키면 전동기의 속도를 변화시킬 수 있다.

- 극수변환제어

- 슬립 제어 : 부하제어/토크 전달력 제어

전압제어 / 임피던스제어

2차 저항제어

- 주파수제어 : 2차주파수제어(정지 셀비우스법)

1차주파수제어

1) 동기속도 : 2) 슬립 :

3) 출력 : P = √3 V I cosθ η [KW]

1) 동기속도 : 교류파형의 1주기마다 2/P 회전하고, 1초동안에는 2f/P[rps]만큼 회전, 따라서, 1분동안의 회전수는 120f/P[rpm]

2) 슬립(slip) : 유도전동기는 무부하에서는 거의 Ns와 같은 속도로 회전자가 회전하지만 부하를 걸면 회전속도가 수%느려진다. 이것을 슬립이라고 한다.

☞ 극수가 4극, 주파수 60(Hz)이면 동기속도는

정격회전속도 1720(rpm)이므로 슬립

즉, 4.4%

☞ 3상 8극 60Hz의 전동기가 슬립 3%로 운전될 때 회전수를 구하라? 873

동기 속도

3) 출력 : 전동기 축에서 낼 수 있는 동력

(명판에 W, KW단위로 표시)

☞ 3상 3,300[v], 전류 95[A], 역률 90[%], 효율 95[%]인 전동기의 출력[kW]을 구하시오

= 464.2

☞ 3상 3,300V, 1500KW인 전동기의 정격전류는 몇 A인가?(역률 0.95, 효율 100%) 276

☞ 3상 6600V, 1000kW 전동기의 정격전류(I)는 몇 (A)인가 ? (계산문제) (단, 역율 및 효율을 100%로 본다) (5점)

□ 전동기의 접지

: 지락사고시에 선로 및 기기의 보호와 기기 절연물의 열화, 손상등에 의한 누설전류에 의한 감전방지를 위해 시설

- 300V 이하의 저압전동기 : 제3종 접지(100Ω 이하)

- 300V를 넘는 저압전동기 : 특별 제3종 접지(10Ω이라)

- 고압 또는 특고압 전동기 : 제1종 접지(10Ω 이하)

□ 전동기와 전원변동

: 전동기는 정격전압, 정격주파수로 운전하는 것이 가장 좋기 때문에 전압변동 및 주파수 변동이 적은 안정된 전원이 필요

- 전압변화는 정격값의 ± 10% 이내, 주파수 변화는 ± 5% 이내로 변화해도 정격출력으로 사용할 때 실용상 지장이 없어야

□ 전동기의 분류

○ 외피 형상에 의한 분류 :

- 개방형 : 기체내외의 통풍을 항상 방해받지않을 정도로 외피에 개구를 갖는 구조

- 반밀폐형 : 특별한 통풍구 이상의 부분이 폐쇄된 구조

- 전폐형(밀폐형) : 외피가 모두 완전히 폐쇄되어 기체 내외의 통풍이 되지않는 구조

․전폐외선형 : 밀폐된 외부에 장치된 팬에 의해 외피의 표면을 냉각하는 구조

․전폐내냉각형 : 기체의 일부에 냉각기를 장치하여 내부를 냉각하는 구조

○ 통풍방식에 의한 분류 :

- 자기통풍형 : 회전자 자신의 선풍작용에 의하여 또는 회전자에 붙어있는 날개에 의하여 통풍하는 것

- 타력통풍형 : 별개의 독립된 송풍기를 두어 통풍하는 것

○ 보호방식에 의한 분류

- 인체 및 고형이물에 관한 보호형식(기호 0-~5) : 무보호형, 반보호형, 보호형, 전폐형, 방진형

- 물의 침입에 대한 보호형식(기호 0~8) : 무보호형, 방적형(15), 방우형(60), 방말형, 방분류형, 방파랑형, 방침형, 수중형

□ 전동기 및 설비의 운전점검

○전동기설비의 이상유무발견은 운전확인점검과 일상순회

점검시 오감에 의해 대부분 알 수 있음.

- 감시계기류(전압계, 전류계 등)나 보호장치(과전류계전기, 열동계전기, 3E릴레이 등)에 의해서도 이상을 검출하여 전동기를 보호할 수 있음.

점검시기	점검항목
시동전	사용전원의 종류, 전압 및 용량은 적당한가? 배선은 정확히 접속되어 있는가 전동기의 프레임은 접지되어 있는가 사용전선의 사이즈 적절한가, 단자의 이완이나 접촉불량 기동방법은 적당한가 전동기축을 움직여보아 덜컥거리거나 빽빽하게 닿는곳은 없는가 베어링의 오일, 그리스는 충분히 들어있는가 직결운전시 편심이 없는가 벨트전동시는 벨트장력이 적당한가 권선의 절연저항
시동직후	회전방향, 기동전류, 기동시간은 정상인가 가속시의 이상음, 이상진동은 없는가 부하와의 연결불량에 의한 진동은 없는가 기동장치의 동작은 정상인가 급유펌프, 냉각용 송풍기 등의 보조기기가 가동되고 있는가
운전중	부하운전중의 이상음, 이상진동은 없는가 이상한 냄새나 연기의 발생은 없는가 배선까지 포함하여 각 부의 국부가열은 없는가 운전은 안전상태인가 전원전압이나 전류의 변동, 불평형은 없는가 부하가 너무 크지는 않는가 보호장치의 설정값은 운전상태에 맞게 되어 있는가 속도제어 전동기는 그 제어가 정상인가 벨트전동에서 벨트의 진동이나 슬립은 없는가 운전중에 각 부의 온도는 정상인가 전원계통기에의 악영향은 없는가(고조파 등)

< 전동기 고장상황에 따른 조치 >

고장상황	원 인	대 책
기동불능	전원이 들어와 있지않고 전압이 낮다	배선용차단기의 점검 전원전압의 점검
	부하의 과대	부하 점검
	베어링의 늘어붙음	베어링 수리
배선용차단기, 열동계전기 동작	정격전류의 선정 부적정	정격전류를 바꿈
	전동기의 내부 고장	전동기의 내부점검, 수리
	과부하	부하의 적정화
가속불량	기동방법의 부적당	기동방법의 검토
	제어회로의 불량	제어회로 점검
	전압강하가 크다	전원용량 검토, 배선사이즈교체
전동기의 과열, 연기발생	과부하	부하의 적정화
	통풍불량	냉각, 통풍부분의 점검
	단상운전 (3상유도전동기의 경우)	단선유무의 점검 제어기구 접촉불량의 점검
	층간단락	전동기 수리
이상진동, 이상음	설치불량	기초, 고정볼트의 점검
	직결불량	센터링 조정
	베어링 불량	베어링 수리 또는 교환
	부하기계의 불평형	부하기계의 밸런스를 잡음

○ 3상 유도전동기의 입력측 3선중 임의의 2선을 서로 바꾸어 전원을 가해주면 1차권선에 흐르는 3상교류의 상순서가 반대로 되어 자기장의 방향이 바뀌고, 전동기는 반대로 회전

o 기동 토오크(starting torque) : 회전자가 회전하려고 할 때 발생하는 토오크

o 최소 토오크(Pull UP Torque) : 기동후 최대토크까지 도달하기까지 사이에서의 최소 토오크(기동토크의 70~80%)

o 최대 토오크(Breakdown Torque) : 정격전압 인가상태 에서 전동기가 낼 수 있는 최대 토크

o 정격부하 토오크(Full Load Torque) : 정격전압 인가상태의 전부하속도에서 정격부하를 인가할 수 있는 토오크

☞ 상수도의 고압회로에 주로 사용하는 전동기 기동방법?

리액터기동

☞ 정수처리공정에서 펌프구동용(또는 밸브조작용)에 일반적으로 사용하는 전동기는? 농형유도전동기

☞ 정수처리설비에서 회전수제어를 필요로 하는 농형 유도전동기의 적정한 속도제어방식은? 인버터 방식

☞ 취수펌프나 송수펌프의 유량조절용으로 전력전자 및 반도체기술발달로 최근에 사용되고 있는 것은? 인버터제어

☞ 회전수제어를 필요로 하는 약품주입기에 사용하는 전동기는? 직류전동기

☞ 회전자에 자극을 가지고 있어 주파수와 극수에 의하여 정하여지는 동기속도 즉 일정속도로 운전되는 전동기로서 유도전동기에 비하여 효율, 역율 및 최대토오크가 큰 장점이 있는 전동기는 ? 동기전동기

☞ 출력 3kW, 회전수 1,500(RPM)인 전동기의 토오크는 몇(kg.m)인가?

□ 유도전동기 기동방법

전동기 종별	기동 방식
농형 유도전동기	- 전전압기동 - 스타델타기동 - 기동보상기 기동 - 리액터기동 - 소프트스타트
권선형 유도전동기	- 2차저항기동

<농형유도전동기의 기동>

① 전전압 기동(직입기동)

: 전동기단자에 직접 전전압을 인가하여 기동하는 방법이며 가장 간단한 방법, 정격출력 3.7KW이하의 소용량 전동기에 사용, 시동전류는 전부하전류의 450~700%

② Y-△기동법

: 고정자권선이 △결선의 전동기를 기동시에만 Y결선하여 기동하고 운전상태까지 가속된 뒤에 권선을 △결선으로 변환하는 방법

: 1차권선을 스타에 접속하여 기동하고, 전속에 도달하였을 때에 델타에 접속하는 방법으로 기동시 고정자권선에 전원전압의 1/√3전압이 가해지므로 기동전류와 기동토오크는 전전압기동의 1/3로 감소한다.

- 일반적으로 5.5~15KW의 전동기에 사용

③ 기동보상기(starting compensator)에 의한 기동

: 기동보상기라고 하는 단권변압기를 사용해서 전동기단자에 걸리는 전압을 정격의 60~80%로 낮추어 기동하는 방법, 15KW를 초과하는 전동기에 주로 사용

④ 리액터 기동

: 기동보상기가 고가이며 조작이 복잡하므로 유도전동기

의 1차직렬권선과 전압사이에 리액터를 접속하여 기동전류를 억제해서 기동하고 기동이 종료된후 리액터를 개폐기로 단락하여 직접 전원에 접속하는 기동방법

⑤ 소프트 스타트(soft-starter) 방식

: 무접점 반도체를 사용한 전동기 기동장치로서 기동전압, 기동전류, 기동토오크를 서서히 연속적으로 정토오크가 될 때까지 증가시킴으로서 기동특성이 매우 좋은 방식, 저압회로에 주로 사용

☞

득점

3상 농형유도전동기의 기동방법 종류를 3가지 이상 쓰시오. (5점)

Y-△기동, 리액터기동, 소프트스타트, 전전압(직입)기동

<권선형 유도전동기의 기동>

○ 2차저항 기동

: (비례추이특성을 이용) 2차회로에 접속한 저항을 속도상승과 더불어 적게하면서 기동

※ 유도전동기의 회전수 조절

- 제작시 극수를 조절하여 적정 회전수 결정

- 인버터를 사용, 전원의주파수를 변환하여 회전수조절

- 유체 커플링을 이용하여 기계적으로 회전수 조절

□ 전동기의 회전속도 제어

○ 2차저항 제어방식

: 권선형유도전동기의 회전자에 슬립링을 거쳐 저항을 삽입하고 이 저항값을 변화시킴으로써 전동기의 슬립을 변화시켜 회전속도를 제어하는 방식

- 저속도일때의 효율은 좋지만 장치가 간단하고 취급이 용이하며 설비비도 저렴하기때문에 중소용량기에 사용

☞ 권선형 유도전동기의 회전속도 제어방식으로 회전자에 슬립링을 거쳐 저항을 삽입하고, 이 저항값을 변화시킴으로써 전동기의 슬립(slip)을 변화시켜 회전속도를 제어하는 방식은 ( )이다.

2차저항 제어방식

○ 전압주파수 제어방식(VVVF)

: (회전수 N=120f/p x (1-s), 주파수/극수/슬립변화)

농형유도전동기의 회전속도제어방식의 하나로 권선형유도전동기의 결점인 브러시의 보수를 필요로 하지않는 방법으로 3상교류를 직류로 변환하고, 인버터로 전동기에 가해지는 전압과 주파수를 변화시켜 회전속도를 제어하는 방식

: (적용) 농형유도전동기의 속도제어에 사용하는 방식

: 장점

- 전동기에 브러시가 없기 때문에 전동기보수가 용이, - 효율성과 제어성이 좋아 자동화에 적합,

- 고속운전 가능, 범용모타를 그대로 사용가능,

- 순간정전대책이나 고조파대책이 필요,

- 장치가 복잡하고 고가

☞ 전동기의 속도제어 방식중 인버터(VVVF) 방식의 원리를 간략히 설명하시오.

○ 정지셀비우스 제어방식

: 권선형유도전동기를 2차저항으로 제어할 경우에 2차슬립전력을 저항기로 소비하는 것이 아니고 직류전력으로 변환하고 그 다음에 직류를 전원주파수의 교류전력으로 변환하여 전원전압과 동등하게 승압한 다음에 전원에 반환시키는 방식

- 제어성과 효율이 좋고 에너지를 절약할 수 있음, 장치가 복잡하고 순간정전대책이 필요하며 방식도 복잡하고 고가이기 때문에 대용량에 적합

□ 동력전달장치의 회전속도 제어방식

○ 유체커플링을 사용하는 방식

: 커플링내의 기름에 의하여 전동기의 회전력을 부하에 전달하는 방식(커플링속의 유량을 조절함으로써 부하의 회전속도를 조절)

○ 전자커플링을 사용하는 방식

: 커플링의 전자력에 의하여 전동기의 회전력을 부하에 전달하는 방식(커플링에서의 발생전류를 증감시킴으로써 부하의 회전속도를 제어)

[두꺼비]

업무에 많은 도움이 됩니다. 감사