한전 등 전력 회사로부터 공급 받는 상용 전원이 끊길 경우 조명, 공조, 급 · 배수, 엘리베이터 등으로 말미암은 재해를 방지하기위해 <건축법>, <전기사업법>, <소방법> 등 관련 법규에 따라 비상 발전기와 축전지 등 비상(예비) 전원을 설치해야 한다. 일반적으로 소방용 설비 등 비상용은 40초 이내에, 응급실과 수술실 등 의료용은 10초 이내에 전원을 확립해 공급해야 한다. 그러나 전기산업진흥회 발전기협의체 제3차 회의에서 "9 · 15 정전 사태 때 비상 발전기의 60% 이상이 제대로 작동하지 않았을 것이다"라는 지적이 나왔다. 관련 법규에 따라 비상 발전기를 설치했으나, 정작 필요로 할 때 관리 소홀로 말미암은 고장과 작동 방법에 대한 무지로 무용지물로 변했기 때문이다. 여기에서 비상 전원 중 비상 발전기에 대한 사항을 '비상 발전기의 선정 및 설치에 관한 기술 지침(KOSHA E-21-2004)'을 바탕으로 살펴본다. 참고로 이 지침은 정전에 의한 기계 · 설비의 갑작스러운 정지로 화재나 폭발 등 재해가 발생할 우려가 있는 기계 · 설비에 비상 전력을 공급하기 위한 비상 전원의 용량 산정 방법, 설치 시 유의 사항과 유지 관리 등에 관한 것임을 밝힌다.
정리 윤홍로
비상 전원은 정상적인 상태에서 외부(한전)로 부터 전력을 공급 받아 사용하는 상용 전원이 사고나 고장에 의해 전력을 공급하지 못할 때 사용하는 전력 공급원이다. 비상 전원 공급 시스템은 비상 전원 절환切換장치와 부하 단자 사이에 설치하는 전선, 단로 장치, 과전류 보호 장치, 절환 스위치 등 비상 전원을 공급하기 위한 제어 · 감시 · 지원 장치로 이뤄진 설비다. 이러한 비상전원은 비상 발전기 설비, 축전지 설비, 비상 전원용 수전 설비 등으로 구분한다.
비상 발전기 설비 | 상용 전원이 나갔을 때[停電] 비상 전원을 필요로 하는 중요 설비나 시설에 전원을 공급하는 발전 장치다. 원동기의 종류에 따라 디젤엔진형, 가솔린 엔진형, 가스 터빈 엔진형, 스팀터빈 엔진형 등이 있다. 비상 발전기는 필요한 용량과 시설 투자비 등을 종합적으로 고려해 선택한다.
비상전원이란 비상발전기설비(左)와 축전지설비(右) 등을 일컫는다.
* 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다.
축전지 설비 | 축전지, 충전 장치, 인버터 장치 등으로 이뤄진다. 상용 전원이 나갔을 때 비상 발전기를 가동해 정격 전압을 확보하기 전까지 비상 전원으로 사용한다.
비상 전원용 수전 설비 | 상시 전원과 별도로 비상 전원을 받기 위한 설비다. 비상 전원이 필요한 공장 등의 위치, 전력 회사 변전소 계통, 비상 부하 용량을 감안해 선택한다. 그러나 객관적인 전원 공급의 신뢰성을 확보해야 한다.
비상 발전기 시설 기준과 운전 방법
저압 · 고압 발전기 시설 기준 | 저압인 경우 발전기에서 부하에 이르는 발전기 가까운 곳의 전로에 개폐 · 점검하기 쉽게 개폐기, 과전류 차단기, 전압계 등을 시설한다. 철대 · 금속 프레임 등은 '접지 설비계획 및 유지 관리에 관한 지침'에 따라 접지한다. 고압인 경우 발전기에서 부하에 이르는 발전기 가까운 곳의 전로에 개폐기, 과전류 차단기, 전압계, 전류계를 다음과 같이 시설한다. ▲각 극에 개폐기와 과전류 차단기 설치 ▲전압계는 각 상의 전압을 각각 읽도록 시설 ▲전류계는 각 상(중성선 제외)의 전류를 읽도록 시설. 접지 방법은 저압 발전기와 동일하다.
상용 전원의 절환 시설 기준 | 상용 전원 정전 시 비상 전원으로 절환하는 경우 배전반에 절환 스위치를 설치해 상용 전원과 비상 전원이 서로 혼촉混觸되지 않도록 한다. 이때 절환 스위치는 비상 전원에서 공급하는 전력이 상용 전원 계통으로 역 송전되지않도록 시설한다. ※ 자동 절환 스위치(Automatic Transfer Switch) : 하나 이상의 부하를 한 전원에서 다른 전원으로 자동 절환하는 장치, 즉 회로를 한 방향에서 다른 방향으로 절환하는 개폐기
비상 발전기 운전 방법 | 단독 운전은 한 대 이상의 비상 발전기가 각각의 부하에 공급하는 개별 운전방법이다. 병렬 운전은 두 대 이상의 비상 발전기 또는 비상 발전기와 상용 전원 계통을 함께 사용하는 방법이며, 전압 · 주파수 · 위상 등이 일치하고, 계통적으로 동기 투입이 가능한 설비를 갖춘다. 한편, 상용 전원의 일시적인 전압 강화와 상용 전원 차단 시 비상 발전기의 우발적인 기동을 방지하고자 기동 시간 지연 장치(타이머 ; 대부분 1초간 공칭 시간 지연)를 설치한다.
비상 발전기 용량 산정
일반적으로 상용 전원 정전 시 중요 부하에 전력을 공급하기 위해 비상 발전기를 설치하며, 부하 조건에 따라 발전기의 기동 및 전력 공급 능력에 적합하도록 용량을 산정한다. 비상 전원 공급 대상 설비구성은 평상시 상용 전원을 공급 받아 운용하며, 정전 시 자동 절환 스위치(ATS)가 비상 발전기 전원쪽으로 자동 절환돼 발전기의 비상 전원을 해당 부하에 공급하는 방식으로 한다. 발전기의 정격 용량 산정은 계산된 용량 이상의 표준 정격을 선정하며, 고조파를 발생하는 전력 전자 기기 부하가 많으면 발전기 제조업체에서 제시한 계산 방식을 참조해 산정한다.
발전기 용량 산정 계산 조건 - 모든 엔진은 특별한 언급이 없는 한 직입 기동으로 계산한다. - 비상 전력 계통에 연결한 엔진은 동시 기동을 배제한다. - 모든 엔진의 특성 즉, 역률 · 효율 · 기동 전류 등은 제작사에서 제공한 일반적인 자료를 적용한다.
비상 발전기 용량 산정 계산 예시에서 부하 운전조건은 ▲비상 발전기로부터 전원을 공급 받는 대상 부하 중 펌프 2를 제외한 모든 부하(상용 부하+수시 부하)가 정상 운전 중이며, 이때 펌프 2를 추가로 기동하고 ▲발전기 공급 전압은 3상 4선식 380/220V 정격이다. 비상 발전기의 용량은 다음 3가지 방법에 의한 계산 중 가장 큰 용량으로 결정한다.
* 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다.
여기에서
여기에서
이러한 계산을 통해 PG1 = 1054.9㎸A, PG2 = 438.8㎸A, PG3 = 977.5㎸A라는 값을 구했다. 비상 발전기 용량은 3가지 방법으로 구한 값 중에서 가장 큰 PG1 으로 다음과 같이 산정한다.
따라서 발전기 용량은 3상 4선식 380/220V, 역률0.8인 상용 출력 900㎾로 선정한다.
비상 설비로의 전원 공급 설비
정전으로 말미암은 화재 · 폭발 등 사고를 방지하고자 비상 설비 등에 전원을 안전하게 공급하는 전원 공급 설비를 설치할 때 적용하는 '비상 설비 등에 대한 전원 공급 설비 설치에 관한 기술 지침(KOSHA E-29-2009)'중 일부다. 여기에서 비상 설비란, 화재 · 폭발 등의 사고 예방 및 사고 시 인명을 보호하기 위한 비상 조명, 소화 펌프, 소방대 리프트, 화재 경보 시스템, 배연 시스템 등을 일컫는다. 안전 공급이란, 사고 시 비상 설비에 전원을 안전하게 공급하는 것이다.
안전 공급 전원 설비 비상 설비에 전원을 안전하게 공급하는 전원 설비는 다음 조건을 충족해야 한다. - 축전지 설비는 비상 설비에 대해 정격 전압의 87.5%까지 1.5시간 이상 유지할 수 있는 용량으로 하며, 자동 충전기를 부착한다. - 발전 설비는 자동으로 시동되고, 부하가 10초 이내에 절체되며, 2시간 이상 발전하는 용량으로 한다. 가동용 축전지의 경우 상용 전원을 사용한 플로팅 충전 방식 외에 발전기를 사용한 충전 방식도 갖춘다. - 자동 절체기 용량은 절체기에 연결된 비상 설비의 부하 용량을 충분히 감당해야 한다. - (공장 내)상용 전원과 안전 공급을 위한 비상 전원이 동시에 공급되지 않도록 인터록Interlock 장치를 설치한다. - 안전 공급을 위한 전원 설비는 본 건물에서 떨어진 불연재 건물에 설치하거나 두 시간 이상 내화 성능을 갖춘 격벽으로 구분한 공간에 설치한다. 이러한 전원 설비는 1선 지락에 의해 자동 차단되지 않아야 하고, IT 계통의 경우 1선 지락은 표시등과 경고음으로 나타내는 상시 절연 감시 장치를 갖춰야 하며, 정기 검사 · 시험 · 보수가 쉬워야 한다. 상시 감시할 수 있는 장소에 비상시 전원 공급 상태에 관한 신호가 울리도록 한다. 또한, 설치 장소는 외부 배기가스, 연기, 증기 등이 침입하지 않도록 환기 시설을 충분히 갖춘다.
안전 공급 선로 다른 선로와 독립적으로 설치해 어떤 계통의 전기 고장에도 간섭을 받지 않아야 하며, 내화 재료나 별도의 경로 또는 외함으로 분리 · 설치하고, 다른 계통의 개보수 시 영향을 받지 않아야 한다. 또한, 안전 공급 선로는 내화성이 아닌 경우 화재 위험과(어떤 경우에도) 폭발 위험이 있는 장소를 통과하지 않아야 하며, 두 선로에 의해 비상 설비에 안전 공급할 때 두 선로가 동시에 고장 날 위험을 최소화하도록 별도 전원에 선로를 연결하는 등 충분한 조치를 취한다. 한 계통에서 공급 받는 안전 공급 전원은 비상 설비 전원 공급 외의 다른 목적으로 사용하지 않는다. 다만, 복수의 안전 공급선로에서 한 선로가 고장 났을 때, 다른 선로에서 모든 비상 설비의 기동 및 운전에 충분한 여력이 있으면 예외로 한다. 또한, 다른 선로의 과전류 보호 장치는 안전 공급 선로의 정상 운전을 방해하지 않도록 설치한다.
안전 공급 전원의 운전 병렬 운전이 가능한 경우 | 역 송전을 방지하기 위한 안전 조치를 취해야 한다. 병렬 운전 중인 전원의 중성점 간에 순환 전류, 특히 제 3고조파를 제한하는 조치를 취해야 한다. 병렬 운전이 불가능한 경우 | 안전 공급 전원을 연결한 두 계통간 병렬 운전을 방지하기 위해 기계적인 인터록을 실시하는 등 예방 조치를 강구해야 한다. 안전 공급 전원과 타 계통 전원을 연결한 경우 전원마다 확실하게 단락 보호 기능을 부여하고, 고장 시 감전 보호가 가능해야 한다.
비상 발전기 설치 시 주의 사항
비상 발전기는 내화도耐火度가 두 시간 이상으로 방화 구획한 전용실이나 눈비가 들이치지 않는 적절한 곳(분리 건물 등)에 설치해야 한다. 전용실이나 분리 건물 등 비상 발전기 실은 소화 활동으로 말미암은 침수와 홍수, 하수구 역류 그리고 이와 유사한 재난으로부터 손상 가능성을 최소화한 곳에 위치해야 하고, 축전지에 의한 비상 조명을 확보해야 하며, 실내 조도는 100룩스 이상이어야 한다. 또한, 비상발전기 실에 운전 절차 및 비상 전원 공급 계통도(전기 단선도) 등을 비치하고, 창고 등 타 용도로 사용하면 안 된다. 설계 시 적용 가능한 소음 제어 장치를 고려하고, 회전 장치와 미끄럼 방지 기초 사이 또는 미끄럼 방지 기초와 기초 사이에 진동 방지 장치를 설치하며, 환기 조치를 취해 비상 발전기에서 내뿜는 열로 말미암은 온도 상승을 방지한다. 또한, 비상 발전기에 연소용 공기를 충분히 공급하며, 비상 발전기용 냉각 설비 용량은 전부하全負荷정격 시 엔진 냉각에 충분해야 한다. 연료 탱크 용량은 비상 발전기의 가동 시간, 상용전원의 정전 지속 시간, 제작상 권장 유지 보수 시간을 고려해 산정한다. 일반적으로 4∼8시간 운전하는 용량으로 선정하는 것이 바람직하다. 배기 설비는 배기가스 연무가 사람(근로자 등)이 있는 방이나 건물 안으로 침입하는 것을 방지하는 기밀 구조여야 한다. 특히 창문이나 환기구 입구 또는 엔진 공기 흡입 설비를 통해 건물이나 구조물에 독성 연무가 환류되지 않도록 한다.
비상 발전기 설치 시, 유해 가스 누출 방지는 기본
몇 해 전 편의점에서 근무하는 일용직 근로자가 정전 때문에 이동식 비상 발전기를 가동한 상태에서 편의점 창고에 들어갔다가 의식을 잃었다. 편의점 주인이 그를 발견하고 인근 병원으로 후송했으나 끝내 사망했다. 사고 당시 편의점은 정전 상태였고, 문이 안에서 잠겼으며, 실내에 설치한 판매용 아이스크림 등 냉동이 필요한 장치에 전원을 공급하고자 이동식 비상 발전기를 가동한 상태였다. 편의점 안은 뿌연 연기로 가득했으며, 창고 겸 사무실 통로에 근로자가 쓰러져 있었다. 현장에서 사고 당시와 같은 조건 하에서 일산화탄소농도를 측정한 결과 20분 후 200ppm으로, 50분 후엔 측정기로 측정할 수 없는 1000ppm 이상으로 나타났다. 현기증과 경련 · 메스꺼움 등으로 의식을 잃어 2∼3시간 내 질식 사망하는 농도다. 가솔린 연료용 이동식 비상 발전기를 가동하면 일산화탄소 등 유해 가스가 발생할 수 있다. 따라서 환기가 잘 되는 실외에 설치하고, 부득이 실내에 설치할 경우 유해 가스를 실외로 배출하도록 조치한다. 또한, 환기를 위해 문을 개방하거나 필요시 송 · 배풍기 등을 사용해 환기시킨다.
비상 발전기의 유지 관리
비상 발전기의 유지 관리 및 운전 시험은 '제조자의 지침서'와 '비상 발전기의 유지 관리 계획'등을 참고해 적절한 기준 및 주기를 정해 실시한다. 비상 발전기의 검사, 시운전, 작동, 보수 등의 계획은 문서화해 해당 구내에 비치하며, 여기에 ▲유지 관리 보고서 작성 날짜 ▲담당 직원 신분 ▲교체부품을 포함한 모든 부적합한 상태와 시정 조치에 관한 기록 등을 포함한다. 특히, 비상 발전기는 주 1회 무부하 상태에서 30분 이상 운전을 실시한다.
장바구니
주문내역
: 
