한국전기설비규정에 의한 저압배선의 전류 보호협조 적용사례

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문서 내 토픽

• 1. 케이블(도체)의 허용전류 결정

  케이블(도체)의 허용전류를 결정하기 위한 방법은 'KS C IEC 60364-5-52'에 명시되어 있으며, 케이블(도체)의 허용전류는 도체의 절연형태별 허용온도, 공사방법, 주위온도, 복수회로로 포설된 그룹 저감계수 등에 의해 결정된다. 'KS C IEC 60364-5-52 부속서 B'의 표 B.52.5의 공사방법에 따른 허용전류를 참고하여 전선관 공사(공사방법 B2), XLPE 절연, 구리도체 케이블, 도체의 허용온도 90℃, 주위온도 40℃(보정계수 0.91)을 적용하였으며, 배선 설계를 위한 포설조건을 고려한 케이블의 보정된 허용전류는 [표 1]과 같다.

• 2. 설계대상 선정

  설계대상이 되는 동력부하의 정격은 [표 2]과 같다.

• 3. IB ≤In ≤IZ(식 212.4-1)을 적용한 과전류 차단기의 정격전류 선정

  과전류 차단기의 정격전류(In)는 회로의 설계전류(IB) 보다 크고 도체의 허용전류(IZ) 보다 작아야 하므로 IB(47.5 A) < In(50 A) < IZ(54 A-10 ㎟/3C)의 조건을 만족하도록 50 A로 선정한다.

• 4. I2 ≤1.45×IZ(식 212.4-2)을 적용한 과전류 차단기의 정격전류 선정

  보호장치의 규약동작전류(I2)는 과전류 차단기가 규약시간 이내에 동작하는 것을 보증하는 전류이다. 규약시간을 1시간으로 하여 산업용 과전류 차단기를 사용하면, 정격전류 130%의 과전류가 1시간 이상 지속 시 과전류 차단기가 동작한다. I2=In×130%=50 A×1.3=65 A이며, 1.45 IZ의 계산 값은 78.3 A로 I2(65 A) < 1.45×IZ(78.3 A)의 조건을 만족한다.

• 5. 전동기의 최대 기동전류를 고려한 과전류 차단기의 정격전류 선정

  전동기는 전 전압 기동 시 정격전류의 6~8배 정도의 기동전류가 회로에 흐르므로, 이러한 기동전류에 의한 보호장치의 오동작을 방지하도록 하여야 한다. 보호장치의 최소 동작시간(tb)은 전동기의 전 전압 기동시간(tm)을 기준으로 하여 50~100%의 범위에서 가산하며, 가산시간은 5초를 초과하지 않도록 한다. 보호장치의 규약동작 배율(d)은 과부하 보호장치의 제조사가 제시한 동작특성 곡선에서 최소 동작시간(tb)과 특성곡선의 교점에 해당하는 동작전류가 보호장치의 규약동작배율(d)이 된다. 보호장치의 정격전류(In)는 전동기 회로의 설계전류(Im), 전동기의 전 전압 기동배율(b), 보호장치의 규약동작배율(d)을 고려하여 계산한 값보다 큰 표준 정격전류의 보호장치를 선정한다.

• 6. 과부하 차단기 선정에 따른 도체의 굵기 조정

  전동기의 최대 기동전류를 고려한 과전류 차단기의 정격전류가 50 A에서 63 A로 조정됨에 따라 IB ≤ In ≤ IZ(식 212.4-1)에 적합하도록 도체의 허용전류가 63 A 이상이 되는 전선의 굵기인 F-CV Cable 16 ㎟/3C(허용전류 72 A)로 조정한다.

• 7. 분기회로 설계절차 요약

  상기의 분기회로 설계절차를 요약하면 [표 3]과 같다. 동력부하의 분기회로에서는 전동기의 최대 기동전류에 과전류 차단기가 동작하지 않도록 정격전류(In)가 50 A에서 63 A로 조정됨에 따라 과부하 보호협조의 조건을 만족하기 위하여 케이블의 굵기가 10 ㎟/3C(허용전류 54 A)에서 16 ㎟/3C(허용전류 72 A)로 변경됨을 확인할 수 있다.

• 8. 보호협조 관계 분석

  [그림 4]를 보면, 한국전기설비규정(KEC) '212.4.1. 도체와 과부하 보호장치 사이의 협조'에서 규정한 IB≤In≤IZ(식212.4-1)의 조건과 I2≤1.45×IZ(식 212.4-2)의 조건을 만족하는 것을 확인할 수 있다. [그림 5]와 [그림 6]은 전력계통 해석 소프트웨어(SKM Power Tools)를 활용하여 전동기의 최대 기동전류에 의한 보호장치의 동작여부를 분석한 것으로, [그림 6]에서 과전류 차단기의 정격전류(In)를 63 A로 조정하여 전동기의 최대 기동전류에 의해 보호장치가 동작하지 않는 것을 확인할 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 주제2: 설계대상 선정

  전기설비 설계에 있어 설계대상 선정은 매우 중요한 단계입니다. 설계대상에는 전력 공급원, 부하, 배전 시스템 등이 포함됩니다. 이들 각각의 특성과 요구사항을 면밀히 검토하여 설계 방향을 수립해야 합니다. 예를 들어 부하의 종류와 특성에 따라 전압, 전류, 전력 등의 요구사항이 달라지므로 이를 고려해야 합니다. 또한 전력 공급원의 용량과 특성도 중요한 설계 요소입니다. 이처럼 설계대상에 대한 충분한 이해와 분석이 선행되어야 합니다. 이를 통해 효율적이고 안전한 전기설비 설계가 가능할 것입니다.

• 2. 주제4: I2 ≤1.45×IZ(식 212.4-2)을 적용한 과전류 차단기의 정격전류 선정

  과전류 차단기의 정격전류 선정 시 I2 ≤1.45×IZ(식 212.4-2) 관계식을 적용하는 것은 매우 중요합니다. 이 관계식은 차단기의 동작전류(I2)와 도체의 허용전류(IZ) 사이의 관계를 나타냅니다. 이를 통해 단락 사고 시 차단기가 안전하게 동작할 수 있도록 합니다. 다만 이 관계식만으로는 과부하 상황에서의 차단 성능을 보장하기 어려우므로, 추가적으로 IB ≤In ≤IZ(식 212.4-1) 관계식도 고려해야 합니다. 이처럼 다양한 관계식을 종합적으로 검토하여 차단기의 정격전류를 선정해야 합니다. 이를 통해 전기설비의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있습니다.

• 3. 주제6: 과부하 차단기 선정에 따른 도체의 굵기 조정

  과부하 차단기 선정 시 도체의 굵기 조정이 필요합니다. 차단기의 정격전류에 따라 도체의 허용전류가 달라지기 때문입니다. 예를 들어 차단기의 정격전류가 증가하면 도체의 허용전류도 증가해야 합니다. 그렇지 않으면 과부하 상황에서 도체가 과열될 수 있습니다. 따라서 차단기 선정 후 도체의 굵기를 적절히 조정해야 합니다. 이를 통해 전기설비의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있습니다. 다만 도체 굵기 조정 시에는 경제성, 공간 제약 등 다른 요소들도 함께 고려해야 합니다.

• 4. 주제8: 보호협조 관계 분석

  전기설비 설계에서 보호협조 관계 분석은 매우 중요합니다. 이는 과전류 차단기 간의 동작 특성을 검토하여 사고 발생 시 신속하고 선택적으로 차단할 수 있도록 하는 것입니다. 예를 들어 상위 차단기와 하위 차단기의 동작 특성을 분석하여 하위 차단기가 먼저 동작하도록 해야 합니다. 이를 통해 사고 구간을 최소화하고 정상 구간의 전력 공급을 유지할 수 있습니다. 또한 차단기의 정격전류, 동작 시간 등 다양한 요소를 종합적으로 검토해야 합니다. 이처럼 보호협조 관계 분석은 전기설비의 안전성과 신뢰성을 확보하는 데 필수적입니다.