일본 동북부 대지진으로 야기된 후쿠시마 원전 사고는 전 세계를 공포에 몰아넣었다. 이를 계기로 기존 원전에 대한 안전 점검이 일제히 이뤄졌으며, 각국의 원전 정책에 변화가 생겼다. 우리나라 역시 예외는 아니었다. 그런데 일본 대지진은 원전안전 못지않게 중요성을 시사한 것이 한 가지 더 있었으니, 바로 비상 발전 설비다. 그러나 많은 사람이 이 부분은 간과하고 말았다. 그러다 9 · 15 정전 사태를 겪은 후에야 비로소 비상 발전 설비가 주목 받기 시작했다. 비상 발전 설비는 말 그대로 비상시에 운용하기에 평상시엔 동작하지 않는다. 따라서 비상시 제 기능을 발휘하려면 평소 유지 관리가 무엇보다 중요한 전원 설비다.
올해 3월 11일에 일어난 일본 대지진으로 도호쿠[東겗], 간토[關東] 등 광범위한 지역에 걸쳐 대규모 정전이 발생하고 전기 공급이 끊겨 대혼란이 야기됐다. 당시 비상용 자가 발전 설비를 설치한 건물의 경우, 정전과 동시에 발전 설비가 기동해 전기를 공급하는 등 임무를 다했다는 소식을 듣고 비상용 자가 발전 설비의 필요성과 중요성을 새삼 깨달았다. 본고는 비상용 발전 설비의 역할, 기기 구성과 특징을 설명하고 운전 보수 관리 요소, 비상시 가동 상황 등을 소개한다.
비상용 자가 발전 설비의 분류와 역할
비상용 자가 발전 설비는 상용 전원이 정전됐을 때 수요 설비에 필요한 최저한의 전력을 공급하는 자가 발전 설비로, 방재용과 보안용으로 나뉜다. 방재용 자가 발전 설비는 소방법 또는 건축기준법에 따라 설치가 의무화됐으며, 소방용 설비나 비상 조명 설비 등 방재 설비용 전력을 확보하는 것이다. 보안용 자가 발전 설비는 비상시 전산센터 등의 전력을 확보하기 위한 것으로, 방재용도 겸해 설치하는 경우가 많다. 고도화 · 복잡화된 사회에서 '전기' 의존도는 점점 높아져 전기 공급이 끊겼을 때의 사회적 파장을 이루 헤아릴 수 없을 정도다. 비상용 자가 발전 설비는 방재용과 보안용 모두 상용 전원이 정전됐을 때 피해를 최소한으로 줄이고 인명과 재산을 보호하기 위한 것이어서 그 필요성과 중요성이 점차 강조되고 있다. <그림 1>은 전력을 항시 공급하는 상용 자가 발전설비와 함께 비상용 자가 발전 설비의 분류를 나타낸 것이다.
시스템 구성과 특징
비상용 자가 발전 설비는 다음과 같은 기기로 구성되며, <그림 2>는 일례를 나타낸 것이다.
원동기 | 원동기는 ▲디젤 엔진 ▲가스 엔진 ▲가스터빈 등 세 종류다(<표 1> 참조). 출력, 발전 효율(연비), 시동 시간, 배기가스, 크기, 중량 등의 특성을 고려해 목적에 맞게 선택한다. 현재 설치된 비상용 자가 발전 설비 가운데 대수의 95%, 합계 용량의 70%가 디젤 엔진이다. 가스 터빈은 소형, 경량, 냉각수 불필요, 깨끗한 배기가스 등의 장점을 살려 특히 500㎾ 이상 대형설비에 사용하는 경우가 많다. 가스 엔진은 일본 소방법이 개정돼 방재 전용이라도 사용 가능하나, 실제로는 상용 방재 겸용 발전설비로 사용이 한정돼 있다.
발전기 | 자립 운전이 가능한 동기 발전기다. 상용전원과 연계 운전하는 상용 발전기로 유도 발전기도 사용하지만, 비상용으로 사용하지 않는다.
제어 장치 | 주 차단기, 계기용 변성기, 계기, 모선 등 주회로 기기를 수납한 발전기반 및 상용 전원이 정전됐을 때 발전기를 자동으로 시동시키는 자동 시 동반으로 구성된다. 필요한 경우, 원동기 운전에 필요한 제어 기기를 수납한 보조 기기반도 추가된다.
시동 장치 | 전기 시동식은 시동용 축전지와 충전기로 구성되며, 공기 시동식은 공기 탱크와 자동 충기장치로 구성된다. 비상용 자가 발전 설비는 비상시 확실히 시동돼야 하므로 시동 장치의 용량과 성능을 엄격히 규정하고 있다.
보조 기기 | 냉각 장치, 배기 소음기, 연료 탱크 등 원동기 운전에 필요한 보조 기기다.
보닛(외함) | 원동기, 발전기, 제어 장치 등을 발전기실 내에 노출해 설치하는 오픈형 외에, 하나 또는 두 개의 패키지로 한데 모아 바깥쪽을 보닛(외함)으로 덮은 패키지형 발전 설비가 있다. 보닛의 재질, 두께, 개구부, 노출 계기 등이 일정 기준을 만족하면 큐비클형 발전 설비로 인정받아 불연不燃전용실 외 발전기실이나 옥외에 설치가 가능하다. <그림 3>은 패키지형 발전 설비다.
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운전 보수 관리
비상용 자가 발전 설비는 평상시엔 사용하지 않기에 운전 보수 의무가 설비 관리의 중심이 된다. 그러나 상용 전원 정전 시엔 빠르게 작동해야 하며, 만약 작동하지 않는다면 인명과 재산 보호에 큰 지장을 초래한다. 따라서 자가 발전 설비가 언제라도 그 기능을 발휘하도록 일상 정기 보수 업무가 상당히 중요하다.
보수 의무에 관한 주요 법령 | 일본 전기사업법에서는 자가용 전기 공작물에 관한 보안 규정 등에 따라 보안 확보에 필요한 최저한도의 사항을 규정하고, 자가용 전기 공작물 설치자에게 보안 확보에 해당하는 책임과 의무를 부과한다. 소방법에서는 소방용 설비 등의 설치 및 유지에 관한 기술상 기준을 정해 소방 설비 점검 자격자 등에 의한 정기 점검과 보고를 의무화하고 있다. 건축기준법에서는 건설 설비 등을 늘 적정 상태로 유지하는 것을 의무화했으며, 특정 행정청이 지정한 건축물의 건축 설비 등을 검사 받고 그 결과를 보고해야 한다. <표 2>는 관련 법령에 따른 점검 기준을 나타낸 것이다.
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일상 점검은 설비 관리자가 실시하고 6개월, 1년, 6년 점검은 전문 보수 기술자가 할 것을 권장한다. 한편, 보수 · 점검 사항은 다음과 같다. ① 시동 실패 방지 : 비상용 자가 발전 설비는 만일의 사태에 확실히 시동해야 한다. 따라서 일상 점검에서 발전 설비를 시동시켜 시동 장치가 정상적으로 작동하는 것을 확인하고 이상이 있으면 조치를 취한다. ② 경년 열화 방지 : 운전을 하지 않더라도 대기나 물과 접촉하는 부분에서 끊임없이 산화 부식이 진행된다. 또한, 패킹부 등 조여 있는 부품은 영구 변형을 일으켜 서서히 제 기능을 상실하므로 정기 점검을 통해 부품 교체 등 적절히 정비한다. ③ 점검 후 복원 : 점검 시 작업 안전을 위해 ▲전원을 끄고 ▲자동 · 수동을 전환하고 ▲연료 계통이나 공기 계통 변류를 잠가야 한다. 단, 점검 종료 후에 이러한 스위치나 밸브 종류를 반드시 원래대로 돌려놓는 것을 잊어서는 안 된다.
비상용 자가 발전 설비의 가동 상황
지진 발생 시 비상용 자가 발전 설비 가동 | 비상용 자가 발전 설비는 비상시 가동하는 것으로, 시동 실패 발생 등 가동 실정은 불명확한 점이 많다. 1995년 1월에 발생한 한신 · 이와지 대지진 때 피해 지역에 설치된 자가 발전 설비의 지진 직후 가동 상황을 내발협에서 조사했다. 지진이라는 특수한 조건이었으나, 비상용 자가 발전 설비의 가동 실상을 보여주는 일부분으로 소개한다. <그림 4, 5>는 시동 여부를 조사한 결과 자료로, 조사를 실시한 695대 중 91%(632대)가 정상 시동해 운전했으나 9%(63대)는 시동하지 않아 운전하지 못했다. 시동 불량 원인으로 ① 유지 보수 불량 25% ② 건물 파괴 등 다른 설비의 이상 21% ③ 조작 · 취급 불량 16% ④ 단수 13% ⑤ 자가 발전 설비 손상 11%순이었다. 인위적인 원인(①+③)이 41%를 차지했다. 구체적으로 ▲시동용 축전지 방전 ▲자동/수동 시동 전환 스위치가 수동 쪽에 위치 등이 있었으며, 지진으로 말미암은 특수 사항은 아니었다.
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<그림 6, 7>은 운전한 발전 설비의 정지 원인과 운전 시간을 나타낸 것이다. 비상용 자가 발전 설비 특히 방재용은 운전을 1~2시간으로 상정해 연료를 보유한다. 그러나 실제 지진이 발생했을 때 긴 시간 운전한 것이 많아 연료 부족이 정지 원인의 10%를 차지했다.
불량 동작 상황 | 다른 참고 사례로 1995년, 1996년 간토전기보안협회와 간사이전기보안협회가 응답한 자가용 발전 설비의 불량 동작 건수 231건을 내용 분석했다(<그림 8>, <표 4> 참조). 기동 정체 및 심각한 고장이나 경미한 고장으로 말미암은 트립 · 경보 동작이 모두 116건으로 절반을 차지했으며, 원인의 대부분이 일상 점검과 정비만 확실히 했더라면 막을 수 있는 것이었다.
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비상용 자가 발전 설비가 만일의 사태 때 기능을 충분히 발휘하려면 정기 점검과 정비가 중요하다. 점검과 정비를 제대로 하지 않는다면 제대로 가동하지 않거나 고장으로 멈추는 일이 끊이지 않을 것이다. 또한, 감전 재해를 일으키거나 누전, 누유 등으로 생각지 못한 화재로 발전할 우려도 있다. 이 때문에 관계 법령에서도 유지 관리 기준을 정해 점검과 보고를 의무화하는 것이다.
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