[ 전기설비 안전관리 ] 부하설비의 종류

 

 

 

 

 

■ 사업장 내 부하설비의 종류, 설치 장소 등을 파악할 수 있다
■ 부하설비가 전기안전 관련 법령에서 정하고 있는 기준에 적합한지 확인할 수 있다

 

 

부하설비의 종류와 특성

 

• 부하 설비의 개요

   전기 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환시키는 기기나 설비를 말한다

 

    직접적으로 다른 에너지로 변환되어 직접 활용되기도 하지만, 일부는 다른

   에너지로 변환하기 위한 중간 단계의 변환 기기나 설비가 되기도 한다

 

   부하 설비의 분류로, 전열 부하설비,  동력 부하설비, 조명 부하설비 로 나뉜다

 

 

 

 

전열 부하 설비 ( 저항 가열 전기로, 아크 가열 전기로, 유도 가열 전기로 )

 

   

• 저항 가열 전기로

    도체를 통해 전류가 흐르면서 발생하는 줄 열을 주요 열원으로 

   활용하는 전기로이다. 전기 에너지를 열 에너지로 변환한다

 

 

 

• 아크 가열 전기로

 

   고전압이 거린 전극에서 발생하는 아크 방전의 열로 철을 가열하는

   전기로 이다. 직접 아크 가열식과 간접 아크 가열식이 있다.

 

 

 

• 유도 가열 전기로

   유도 가열 전자기 유도에 의해 전기 전도성 대상물(피가열물) 을

   과열하는 과정으로, 와류가 금속 내에 생성되고 저항이 금속의

   주울 가열로 연결된다

 

 

   전열 부하설비는 코일을 감아 전기를 소비하는 히터 부하와

   저항체를 사용하여 전기를 소비하는 저항 부하로 나뉜다

 

 

 

 

 

동력 부하 설비

 

• 동력설비

   빌딩, 공장 등의 건물에 설비되는 공조, 급배수, 환기, 엘리베이터

   공장 기기 등의 전동기를 구동원으로 하는 각종 기계 설비의 동력이다

 

   그에 따른 배선, 감시, 제어설비 등 전력을 공급하는 설비가

   동력 설비이다

 

 

• 전동기

   전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로

   에너지 변환 효율이 뛰어나다

 

   기동 및 정지가 스위치에 의해 간단하게 이루어지고

   속도 제어가 쉬운 동력원이다

 

 

• 구동 전원에 따른 전동기의 분류

• 유도 전동기 (Induction Motor)

   유도 전동기는 AC 전동기의 한 유형으로, 모터에 코일을 고정하고

   전자기 유도를 사용하여 기계의 회전체에 전류를 생성하는 모터이다

 

• 동기 전동기 (Synchronous Motor)

   동기 전동기는 고정자 3상 권선에 3상 교류를 흘려주면

   고정자가 시계 방향으로 회전해 회전 자기장을 발생시키는 모터이

   

• 정류자 전동기 (Commutator Motor)

   외부의 고정된 계자 코일(고정자)가 내부 회전하는 전기자(회전자)와

   직렬로 접속되어 있는 직류 전동기이다

 

 

• 동력설비의 분류와 부하의 종류

• 공기설비 동력

   냉동기, 냉각수 펌프, 냉수 펌프, 쿨링 타워, 공기 조화기, 급배수 팬

 

• 급배수 위생설비 동력

   급수 펌프, 오수 펌프

 

• 운송설비 동력

   엘리베이터, 에스컬레이터, 리프트, 덤웨이터, 컨베이어

 

• 방재설비 동력

   소화펌프, 스프링 쿨러 펌프, 배연 팬, 비상용 엘리베이터

 

• 사무용 동력

   컴퓨터, 각종 사무용 기기

 

• 통신 기기용 동력

   인버터, 직류 발전기

 

• 주방용 동력

   고속 믹서, 오븐 믹서, 냉동고, 냉장고

 

• 의료 기기용 동력

   X선, 의료용 모터, 전동 수술대, CT, 각종 의료용 기기

 

 

 

 

 

조명 부하 설비

 

• 형광등

   저압 수은등과 같은 구조, 등기구 내부에 도포된 화학 물질에 의해

   자외선을 가시광선으로 바꾼다

 

• 수은등

   유리관에 수은을 주입하고 방전을 일으켜 발광하는 원리를 이용한 등이다

 

   점등을 용이학 하기 위해 소량의 아르곤 봉입

 

   저압 수은등은 강력한 자외선 발산이 많고,

   고압 수은등은 저압 수은등에 비해 가시광선량이 많다

   초고압 수은등은 거의 백색에 가까우며 스펙트럼 폭이 넓다

 

 

• 메탈 할라이드등

   고압 수은등의 발광관에 금속 할로겐화물을 봉입한 등이다

 

   연색성과 효율이 개선된 등이며

 

   점등 시간은 고압 수은등과 비슷하지만 재점등 시에는

   점등 시간이 약간 길어진다

 

   고압 수은등과 거의 유사한 수명을 가졌다

   →  about 9,000 ~ 10,000 시간

 

 

• 저압 나트륨등

   나트륨 증기압력  :  0.004 [mmHg]

   기동 시간이 약 8 ~ 10 분으로 많이 소요가 된다

 

   단일색광이 많이 발산되며 주로 

   도로 조명, 터널 조명, 항만 조명, 표지 도명 등에 사용된다

 

 

• 고압 나트륨 등

   나트륨 증기압력  :  100 ~ 200 [mmHg]

   시동 시 1,500 [V]  ~ 2,000 [V] 의 높은 전압이 필요

 

   수은등의 약 2배 정도로 우수한 효율을 갖는다

 

 

• 탄소 아크등

   두 개의 탄소 막대 전극을 설치하고 두 전극의 선단을 접촉시캬

   방전을 일으키는 구조이다

 

   전극 사이를 천천히 벌리면 아크 방전이 유지되며 발광한다

 

   다른 아크등보다 높은 휘도와 광도를 얻을 수 있기 때문에

   청사진 제작, 영사용에 주로 이용된다

 

 

• 크세논등

   크세논 가스의 방전을 이용한 등으로

   자연광과 비슷할 정도로 연색성이 아주 우수하다

 

   기동 시간이 매우 짧으며 재점등이 용이하다

 

 

 

 

 

전동기 부하설비

 

• 전동기 부하 용량 산정

   전동기에 대한 배선과 차단기를 선정하기 위해서는

   먼저 전동기의 용량(kW)을 알아야 한다

 

   설계 시 기계 설비 관계자로부터 장비 알림표를 받는 것이 

   일반적이며 이미 설치된 전동기 부하의 산정은 개개의 명판에

   표시된 전류를 기준으로 한다

 

   일반용 전동기의 경우 그 정격 출력에

   규약 전류를 적용할 수 있다

 

 

• 전동기 배선 규격의 선정

• 도체와 과부하 보호장치 사이의 협조

 

    과부하에 대해 전선을 보호하는 장치의 동작특성은 위의

   조건을 반드시 충족하여야 한다

 

    여기서 IB 는 회로의 설계전류 ( 선도체를 흐르는 설계전류이거나, 함유율이 높은

   영상분 고조파가 지속적으로 흐르는 경우 중성선에 흐르는 전류이다 )

 

 

• 과부하 보호 설계 조건도

[ 과부하 전선 보호장치의 동작특성 조건식 ]

 

   차단기의 정격전류 In 사용현장에 적합하게 조정된 전류의 설정 값이다

 

   차단기가 규정시간 내에 동작하는 전류 I2 제조자로부터 제공되거나

   제품 표준에 제시되어야 한다

 

   식에 따른 보호는 조건으로 보호가 불확실한 경우 식에 따라

   선정된 케이블보다 단면적이 큰 케이블을 선정한다

 

   선도체를 흐르는 설계전류 IB 는 선도체를 흐르는 설계전류이거나,

   함유율이 높은 영상분 고조파가 지속적으로 호르는 경우 중성선에 흐르는 전류이다

 

 

 

• 전동기 배선 규격의 선정

• 설계 전류( 정격 부하전류 ) IB 를 고려한 전선의 굵기 선정

   - 보정 계수

   주위 온도 50'C 에 대한 계수 0.81

   집합계수 회로수 4회로에 대한 계수 0.65

   병렬도체수 1회로에 대한 계수 1.00

   =  0.81  x  0.65  x  1.00  =  0.5265

 

   정격부하전류가 40 [A] 이면

   전선의 굵기  =  정격부하전류  x  보정 계수

                             40 [A]  x  0.5265  =  21.06 [mm^2]

   →  도체의 공칭면적이 25 [mm^2] 이상으로 선정한다

 

 

 

• 과전류 보호장치의 정격전류를 고려한 전선의 굵기 선정

   주택용 배선용 차단기의 정격전류(In) 이 50 [A] 인 경우, 보호장치의

   규약동작 전류(I2)인 72.5[A] 의 전류가 60분 동안 흐를 수 있어 케이블의

   과부하 보호점(I2 x 1.45) 가 50 [A] ~ 72.5 [A] 인 단면적으로 선정된 경우

 

   규약동작전류(I2) 가 72.5 [A] 미만의 과부하 전류에서

   케이블이 과열로 인해 소손의 우려가 있다

 

   케이블 과부하 보호점(IZ  x  1.45) 이 보호장치의 규약동작전류(I2)
   인 72.5 [A] 보다 큰 허용전류를 갖는 케이블로 선정하여야 한다

 

 

• 부하 운전 시 허용 전압강률을 고려한 전선의 굵기 선정

 

   저압으로 수전하는 경우, 조명은 3[%]  기타 5[%]

   고압으로 수전하는 경우, 조명은 6[%]  기타 8[%]

 

 

 

• 전동기 기동전류에 의한 도체의 온도상승을 고려한 전선의 굵기 선정

   전동기 등과 같이 기동전류가 큰 부하의 경우에는

   전동기 등이 기동 시 과전류 보호장치가 전동기의

   기동전류에 동작되지 않도록 선정하여야 함

 

   케이블의 허용전류(IZ)는 과전류차단기의 정격전류 또는

   설정값(In) 이상이 되어야 함

 

   케이블 허용전류의 크기와 단면적의 크기는 비례적 함수관계에

   있으므로 케이블 단면적 선정은 다음 사항을 고려하여 결정

   →  열적강도,  허용전압 강하,  전자기력에 대한 기계적 강도

         도체가 받는 응력,  최대임피던스,  설치방법

 

 

• 단락 고장전류에 의한 도체의 온도상승을 고려한 전선의 굵기 선정

  

   회로의 임의의 지점에서 발생한 모든 단락전류는 케이블 및

   절연도체의 허용 온도를 초과하지 않는 시간 내에 차단해야 함

 

   단락지속시간이 5초 이하인 경우, 통상 사용조건에서의 단락전류에

   의해 절연체의 허용온도애 도달하기까지의 시간 t는 위의 식과 같이 계산한다