비상발전기 용량산정방식에 관한 연구

비상발전기 용량산정방식에 관한 연구

A Study on the Capacity Estimation Methods for the Emergency Electric Generators

1995. 12

주관

수 행 기 관 :

대한주택공사 주택연구소

연구책임자 :

이홍석

참여연구원 :

연구원 장병철

참여연구원 :

연구원 이창근

요 약 문

1. 과제명

: 비상발전기 용량산정방식에 관한 연구

2. 연구배경 및 목적

최근 전자회로의 발전에 힘입어 인버터 승강기 등과 같이 공동주택에 설치되는 전기설비의 종류와 특성이 달라짐에 따라, 기존 비상발전기 용량산정방식인 PG1, PG2, PG3 계산방식이 적합하지 않게 되었으나, 국내에서는 아직까지도 적용하고 있으며 특히 소방용으로 이 계산방식을 따르고 있는 실정이다.

현재 우리공사에서 사용하고 있는 비상발전기 용량산정방식은 PG1, PG2, PG3 계산방식을 개선한 것이지만, 공동주택 전기설비의 종류와 특성이 변화됨에 따라 과대 또는 과소하게 용량산정될 수 있다. 그리고, 발전기 용량설계에 필수적인 수용율에 대해서는 지금까지 검증없이 사용되어 왔으나, 공동주택의 비상발전기에 걸리는 부하들의 특성에는 적합하지 않아 과다하게 설계될 우려가 있으므로 재정립이 필요하다. 또한, 유도전동기와 같이 기동을 필요로 하는 부하들이 동시에 기동될 때에는 발전기에 과도한 전압강하가 일어나기 때문에, 이러한 동시 기동에 대해 고려하여야 할 필요가 있다.

아울러 지금까지는 발전기의 용량에 대해서만 주목하였지 발전기를 가동시키기 위한 엔진의 출력에 대해서는 등한시하였기 때문에 과도부하시나 큰 용량의 전동기 기동시에 엔진출력이 부족하게 될 우려가 있었으며, 최근 인버터 승강기와 같은 VVVF 제어방식의 등장으로 기존의 산정방식으로는 엔진출력이 부족하게 되므로 이에 대한 검토가 필요하다.

한편 최근 일본에서는 전기설비의 전자화 추세에 대응한 새로운 비상발전기 용량산정방식인 NEGA C 201 방식을 정립하여 인버터 제어방식 및 고조파 발생기기에 대해 고려하였으나, 계산 방법이 상당히 복잡하며 국내에는 비상발전기에 대한 수용율과 동시기동그룹의 설정이 되어있지 않기 때문에, 이 방식을 그대로 적용하는 것은 현실적으로 불가능한 상태이다.

이상과 같은 관점에 따라, 본 연구에서는 최근 공동주택 전기부하의 변화에 대응하여, 공동주택에서 비상발전기 용량 및 엔진출력의 산정방식을 정립하기 위하여, 우선적으로 비상발전기에 걸리는 공동주택 전기설비에 대한 부하의 종류와 특성을 조사하고 이에 따른 수용율 및 동시기동부하를 파악하고자 하며, 이를 토대로 실제 설계시에 쉽게 적용될 수 있는 간략한 설계방식이 제시하여, 공동주택에 적합한 비상발전기 용량산정방식을 정립하고자 한다.

3. 연구범위 및 내용

외국의 비상발전기 용량산정방식에 대해 검토하고, 국내 공동주택에서 비상발전기에 걸리는 전기부하의 특성 및 운전방식 검토, 수용율 및 동시기동부하의 실태 조사를 통해 실제 설계에 적용할 수 있는 설계방법을 제시하고자 한다.

이에 따른 연구 범위는 다음과 같다.

o 국내외 비상발전기 용량산정방식 검토

o 공동주택의 비상발전기 운전실태 및 전력사용량 조사

o 비상발전기 부하의 수용율 및 동시기동부하 정립

o 공동주택의 비상발전기 용량 및 엔진출력 산정방식 도출

그리고, 세부추진내용은 다음과 같다.

1) 국내외 비상발전기 용량 및 엔진출력에 대한 산정방식 조사 및 분석

o 관련 국내·외 문헌 및 자료 수집

o 기존 PG1, PG2, PG3 계산방식과 외국의 개선 방식과의 비교 분석

o 이론적인 용량산정의 간략식 도출

2) 공동주택에서 비상발전기 운전실태 조사 분석

o 공동주택에서 비상발전기 부하의 종류 및 특성 분석

o 비상발전기 부하의 상시부하용량 측정

3) 비상발전기 용량산정방식 도출

o 공동주택 비상발전기 부하의 수용율 정립

o 비상발전기 부하의 동시기동그룹 설정

o 공동주택의 비상발전기 용량산정방식 도출

o 실제 단지를 모델로 적용사례 연구

4. 연구 결과

본 연구를 수행한 결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 대상부하 구분 (정전시 부하와 화재시 부하의 구분)

일반적으로 비상발전기에 연결되는 부하는 입주자의 편의를 위한 정전시 부하와 화재가 발생하였을 때 소방에 필요한 부하로 나누어 고려할 수 있다. 이에 따라, 발전기의 용량을 고려할 때에도 정전시와 화재시로 구분하여 용량을 산출할 필요가 있다. 정전시 부하와 화재시 부하를 구체적으로 열거하면 다음과 같다 :

정전시 부하 : 승강기, 급수펌프, 배기팬·배수펌프, 공용부분 전등전열, 옥외등·공동구 및 관리소의 전등전열, 오수정화시설 및 액화가스저장시설 등

화재시 부하 : 승강기, 소화수펌프, 스프링쿨러, 비상등, 유도등 및 비상콘센트 등

(2) NEGA C 201 방식에서 동시기동그룹 및 수용율 적용

① 동시기동그룹 구성

o 승강기 : 10 대 이상 4 : 3 : 3 비율,

10 대 미만 5 : 5 비율 (큰 용량 우선) 로 구성.

o 급수 펌프 : 각 급수모터 1 대씩 별도로 구성.

o 소화수 펌프 : 소화수펌프와 스프링쿨러를 하나의 그룹으로 구성.

o 배기팬 및 배수 펌프 : 용량이 매우 작으므로 하나의 그룹으로 간주.

o 각종 전등전열류 : 기동 kVA가 없으므로 모두 하나의 동시기동그룹으로 간주.

o 오수정화조 : blower 펌프류, 기타 부하를 별도의 동시기동그룹으로 2그룹 구성.

o 액화가스 저장시설 : 별도 그룹으로 구성.

② 수용율 적용 (정전시와 화재시로 구분)

o 정전시 수용율 : 변압기의 용량을 산출할 때와 같이 승강기는 대수별 수용을 적용하고, 기타 부하는 종합수용율 52 %를 적용.

o 화재시 수용율 : 승강기는 대수별 수용율을 적용하고, 기타 전 소방부하는 100% 적용.

③ 고조파 발생부하 R

o 고조파 발생부하는 승강기 뿐이며, 승강기의 실제 운전상황을 고려하여 승강기의 대수별 수용율을 적용하고 환산요을(1.224)을 고려하여 산출함.

(3) 단지별 실제 계산결과 및 분석

- 대상단지 : 대규모(약 1,500 세대), 중규모(약 1,000 세대), 소규모(약 500 세대)의 총 7개 단지

- 용량계산 S/W : 한글 EXCEL

- 결과 및 분석

o 정전시 용량계산이나 화재시 용량계산 값 모두 선정 용량으로 채택됨.

o 단지규모가 작은 경우,승강기부하의 비율이 크므로 용량이 크게 됨.

o 기존 용량과의 비교시 1 - 2 등급 아래 용량의 발전기가 선정됨.

o 실측결과와의 비교에서 안전한 설계값임이 입증됨.

o 본 연구에서 선정된 발전기 용량에 대해 기존의 엔진출력 계산법을 적용하여도 엔진출력이 모자라지 않는 것으로 나타남.

5. 연구 결과에 따른 건의

- 인버터 승강기 등 부하 특성의 변화에 따라 비상발전기 용량산정방식으로 NEGA C 201 방식을 도입할 것을 건의함.

6. 기대효과 및 활용방안

(1) 기대효과

- 비상발전기 용량의 적정설계

- 비상발전기 사용의 안정성 및 신뢰성 제고

(2) 활용방안

- 설계부서에서 설계지침으로 활용

- 국내 유관 기관의 관련 법규 및 규정 개정의 기초자료로 활용

- 설계사무소와 민간업체에도 확대적용 유도

- 국내 발전기 제작업체의 기술수준 향상 유도

7. 향후 과제

- 승강기에 time delay 회로 적용에 관한 연구

- 급수펌프의 효율적인 운전을 위한 연구

Summary

In this study, in order to set up the capacity estimation method of emergency electric generators appropriate to recent changes of electric facilities in the apartment complex, it was investigated the application of NEGA C 201 method. For the purpose, it was surveyed the kinds and operation characteristics of electric facilities connected to the electric generator. Especially, for the capacity estimation of electric generators, electric facilities connected to the generator were divided into two kinds ; one is loads for the convenience of tenants when main electric supply cuts off, and the other is loads for fire. Therefore, two generator capacities could be calculated by two kinds of loads respectively, and the large one can be selected from two values. In the process of calculation, simultaneously starting groups were decided based on the operation characteristics of each electric facility and demand factors were differently applied according to two kinds of loads such as loads for the convenience and loads for fire. In order to prove newly investigated method in this study, electric generator capacities were calculated using new method for 7 apartment complex of large-size(about 1,500 households), medium-size(about 1,000 households) and small-size(about 500 households) in which emergency electric generators were already equipped. And, compared with measured values and conventional estimation values, the newly calculated values were found to be safe and optimal.

제1장 서론

1.1. 연구 개요

최근 전자회로의 발전에 힘입어 인버터 승강기 등과 같이 공동주택에 설치되는 전기설비의 종류와 특성이 달라짐에 따라, 기존 비상발전기 용량산정방식인 PG1, PG2, PG3 계산방식이 적합하지 않게 되었으나, 국내에서는 아직까지도 적용하고 있으며 특히 소방용으로 이 계산방식을 따르고 있는 실정이다.

현재 우리공사에서 사용하고 있는 비상발전기 용량산정방식은 PG1, PG2, PG3 계산방식을 개선한 것이지만, 공동주택 전기설비의 종류와 특성이 변화됨에 따라 과대 또는 과소하게 용량산정될 수 있다. 그리고, 발전기 용량설계에 필수적인 수용율에 대해서는 지금까지 검증없이 사용되어 왔으나, 공동주택의 비상발전기에 걸리는 부하들의 특성에는 적합하지 않아 과대 또는 과소하게 설계될 우려가 있으므로 재정립이 필요하다. 또한, 유도전동기와 같이 기동을 필요로 하는 부하들이 동시에 기동될 때에는 발전기에 과도한 전압강하가 일어나기 때문에, 이러한 동시기동에 대해 고려하여야 할 필요가 있다.

아울러 지금까지는 발전기의 용량에 대해서만 주목하였지 발전기를 가동시키기 위한 엔진의 출력에 대해서는 등한시하였기 때문에 과도부하시나 큰 용량의 전동기 기동시에 엔진출력이 부족하게 될 우려가 있었으며, 최근 인버터 승강기와 같은 VVVF 제어방식의 등장으로 기존의 산정방식으로는 엔진출력이 부족하게 되므로 이에 대한 검토가 필요하다.

한편 최근 일본에서는 전기설비의 전자화 추세에 대응한 새로운 비상발전기 용량산정방식인 NEGA C 201 방식을 정립하여 인버터 제어방식 및 고조파 발생기기에 대해 고려하였으나, 계산 방법이 상당히 복잡하며 국내에는 비상발전기에 대한 수용율과 동시기동그룹의 설정이 되어있지 않기 때문에, 이 방식을 그대로 적용하는 것은 현실적으로 불가능한 상태이다.

따라서, 공동주택에서 비상발전기 용량 및 엔진출력의 산정방식을 정립하기 위해서는, 우선적으로 공동주택 전기설비에 대한 부하의 종류와 특성을 조사하고 이에 따른 수용율 및 동시기동부하를 파악하여야 하며, 이를 토대로 실제 설계시에 쉽게 적용될 수 있는 간략한 설계방식이 제시되어야 한다.




1.2. 연구의 목적

최근 공동주택 전기부하의 변화에 대응하여, 비상발전기에 걸리는 전기부하의 특성, 수용율 및 동시기동부하에 대한 조사를 통해 공통주택에 적합한 비상발전기 용량 및 엔진출력의 산정방식을 정립하고자 한다.




1.3. 연구범위 및 내용

외국의 비상발전기 용량산정방식에 대해 검토하고, 국내 공동주택에서 비상발전기에 걸리는 전기부하의 특성 및 운전방식 검토, 수용율 및 동시기동부하의 실태 조사를 통해 실제 설계에 적용할 수 있는 설계방법을 제시하고자 한다.

이에 따른 연구 범위는 다음과 같다.

o 국내외 비상발전기 용량산정방식 검토

o 공동주택의 비상발전기 운전실태 및 전력사용량 조사

o 비상발전기 부하의 수용율 및 동시기동부하 정립

o 공동주택의 비상발전기 용량 및 엔진출력 산정방식 도출

그리고, 세부추진내용은 다음과 같다.

1) 국내외 비상발전기 용량 및 엔진출력에 대한 산정방식 조사 및 분석

o 관련 국내·외 문헌 및 자료 수집

o 기존 PG1, PG2, PG3 계산방식과 외국의 개선 방식과의 비교 분석

o 이론적인 용량산정의 간략식 도출

2) 공동주택에서 비상발전기 운전실태 조사 분석

o 공동주택에서 비상발전기 부하의 종류 및 특성 분석

o 비상발전기 부하의 상시부하용량 측정

3) 비상발전기 용량산정방식 도출

o 공동주택 비상발전기 부하의 수용율 정립

o 비상발전기 부하의 동시기동그룹 설정

o 공동주택의 비상발전기 용량산정방식 도출

o 실제 단지를 모델로 적용사례 연구




1.4. 방법 및 진행순서



1.4.1. 연구방법

본 연구에서는 국외에서 적용하는 비상발전기 용량산정방식을 검토한 후, 국내 공동주택의 비상발전기 부하의 종류와 특성을 조사하고 실측을 통해 실태를 파악하여, 국내실정에 적합한 비상발전기 용량산정방식을 도출하고 실제 단지에 대한 계산을 통해 방식에 대해 검증하고자 한다. 이를 위한 본 연구의 진행방법은 다음과 같다.

o 1단계 :

- 국내외 비상발전기 용량산정방식 조사

- 기존방식과의 비교검토

- 부하특성 파악

- 실측조사계획 수립

o 2단계 :

- 이론식 도출

- 부하 운전실태 조사

- 수용율 정립

- 동시 기동그룹 구성 결정

o 3단계 :

- 비상발전기 용량산정방식 도출

- 사례 연구



1.4.2. 진행 방법

본 연구의 진행과정을 나타내면 다음과 같다

제2장 비상발전기 용량산정방식

2.1. 기존 산정방식



2.1.1. PG1, PG2, PG3 산정방식

비상발전기 용량산정에 대해 일반적으로 현재까지 다음과 같이 적용하고 있다.

(1) 발전기 용량산정

다음에 나타내는 PG1, PG2, PG3중 가장 큰 값으로 발전기용량을 택한다.

① 정상시 부하용량에 의한 출력 PG1 :

정격운전상태의 발전기 용량으로 부하 정격출력의 합과 역률, 수용율을 적용하여 구한다.

단, P_{L} : 부하출력합계 [kW],

n_{L} : 부하종합효율

Pf_{L} : 부하종합역률,

α : 부하율, 수용율을 고려한 계수

② 과도시 최대 전압강하에 의한 출력 PG2 :

발전기에 걸리는 부하 중 유도 전동기는 기동 kVA를 가지므로, 최대기동 kVA를 갖는 전동기가 기동할 때 발전기에서 허용할 수 있는 최대 허용전압강하를 고려하여 구한다.

단, P_{m} : 부하전동기 또는 전동기 군(동시에 기동됨)의 기동 kVA (= 출력[kW]·B·C) 중 최대 기동 kVA를 갖는 전동기 출력 [kW]

B : 전동기출력 1 [kW] 당 기동 kVA (JIS C 4204 : 유도전동기의 기동계급에 따름)

C : 기동방식에 의한 계수 (JIS C 4204 유도전동기의 기동계급에 따름)

(결국, P_{m}·B·C = 기동 kVA)

X_{d}' : 발전기 정수로 발전기 직축과도 리액턴스

(불명시 0.2 - 0.25)

ΔV : P_{m} [kW]의 전동기를 투입할 때의 허용전압강하율 [%]

③ 과도시 최대 단시간 내량에 의한 출력 PG3 :

입력 변동치 (기동 kW - 입력 kW)가 최대인 전동기 또는 전동기 군을 최후에 기동할 때 발전기가 감당할 수 있는가를 고려하여 용량을 구한다.

단, P_{L} : 부하출력합계 [kW],

P_{n} : (기동 kW - 입력 kW)가 최대인 전동기

또는 전동기 군의 출력 [kW]

Pf_{s} : P_{n} [kW] 전동기의 기동시 역률

ʼn_{L} : 부하종합효율

cosØ : 부하 역률

이 외에 전력전자기기와 같이 고조파가 많이 발생되는 부하에 대해서는 각 발전기 제조업체 마다의 방식을 이용하여 별도로 고려하고 있다.

선정하는 발전기의 정격출력은 계산된 용량 이상의 표준정격인 것을 택하며, 계산된 용량값의 95 % 이상의 표준정격인 것이 있는 경우에는 그것을 선택한다. 참고로 한국 전기공업협동조합에서 정한 디젤엔진 구동 육상용 동기 발전기에 대한 규격(KEMC-1111)에 나타난 표준정격출력을 <표2.1>에 나타내었다.

<표2.1> 발전기의 표준정격출력

(2) 엔진출력산정

일반적으로 발전기 출력이 산정되면 엔진출력은 이에 따라 산출되지만, 유도전동기와 같이 기동 kVA가 있는 부하에 대해서는 부하 기동시 엔진의 회전수 저하 및 축출력 감소 등이 유발되므로, 아래와 같이 PE1, PE2, PE3 및 PE3′를 계산하여 가장 큰 값으로 정한다.

① 정상시 부하용량에 의한 출력 PE1

단, ∑ P_{i} = PG1 [kVA], ʼn_{G} : 발전기 규약효율

Pf_{L} : 부하종합역률

② 순시부하투입내량에 의한 출력 PE2

단, PG : 발전기 정격용량 [kVA]

cosØ : 발전기 역률 (보통 0.8)

k_{0} : 요구되는 부하투입율 (사양서 등에 규정된 것)

k₂: 엔진의 가능한 부하투입율 (순시 회전수 변동율이 10 % 이내가 되도록 부하를 투입하는 것)

③ 과도시 최대 단시간 내량에 의한 출력 PE3

단, P_{ns} : 최후에 투입되는 부하의 기동용량 [kW]

k₁: 엔진의 단시간 부하내량 (보통 k₁ = 1.1)

ʼn_{L} : 부하종합효율

④ 베이스 부하가 있는 경우의 순시부하투입내량에 의한 출력 PE3´

단, k₃ : 베이스 부하가 있는 경우의 엔진의 가능한 부하투입율

이상과 같이 엔진출력을 산정하지만, 국내의 발전기 제조업체에서는 설계사무소로부터 발전기 용량이 계산되어 오면, 정상시 부하용량에 의한 출력인 PE1으로 엔진출력을 산정하고 있으며, 인버터 제어기기 등의 전력전자장치가 많은 경우에는 발전기 용량 고려시와 같이 각 사 마다의 방식을 적용하여 별도로 고려하고 있다.



2.1.2. 주택공사의 발전기 용량 산정방식

주택공사에서 현재 적용하고 있는 산정방식은 PG1과 PG3를 혼합한 형태의 것을 사용하고 있다. 이 산정방식을 나타내면 다음과 같다.

(1) 발전기 용량은 정상 운전상태에 있어서 부하시설에 공급하는 필요한 용량을 기준한다.

(2) 발전기의 최대수요부하 산출공식은 다음에 의한다.

여기서, PG : 발전기의 최대수요부하 [kVA]

P₁ : 승강기부하 입력 [kVA] X 수용율 (승강기 대수별 수용율)

P₂ : 전동기부하 입력 [kVA] X 수용율 (최대 100%, 기타 80%)

P₃ : 조명부하 입력 [kVA] X 수용율 (10kVA까지 100%,10kVA 초과 50%)

P₄ : 오수정화부하 입력 [kVA] X 수용율 (50%)

P_{5} : 액화저장시설 [kVA] X 수용율 (50%)

또한, 부등율은 1.25를 적용한다.

(3) 발전기 용량은 최대수요부하 [kVA]에 발전기 역률(0.8)을 적용한 최대수요부하용량 [kWl 이상으로 선정한다. 다만, 발전기의 최대수요부하용량[kW]이 그 바로 아래단 발전기 용량의 105% 범위 이내인 경우는 그 바로 아래단의 발전기로 선정한다.




2.2. NEGA C 201 방식



2.2.1. NEGA C 201 방식의 출현 사유

일본에서 비상발전기 용량산정방식에 대해 기존의 PG1, PG2, PG3 산출방식을 배제하고 새로운 산정방식을 제정하게된 사유는 다음과 같다.

- JIS C 4204(유도전동기의 기동계급 ; 식 (2.2) 및 식 (2.3)에 적용됨.)가 1983년에 폐지됨에 따라 이 규격의 값을 채택하던 기존의 산정방식들이 문제되므로, 실태조사를 통하여 새로운 산출방식의 제정이 요구됨.

- 최근의 기술개발로 CVCF 장치와 VVVF 장치가 조합된 전동기와 승강기 등의 고조파발생 부하설비가 증가됨에 따라, 이에 대응할수 있는 계산식이 필요함.

- 비상용승강기가 있는 경우의 계산결과가 없는 경우에 비해 크다는 것과 승강기의 제어방식이 직류 싸이리스터 레오나드 방식과 교류 VVVF 방식으로 바뀌는 경향이 있다는 것 등을 고려하여, 비상용승강기가 있는 경우의 계산방법을 명확히 할 필요가 있음.

상기한 개정사유로 인해 1986. 9. 30. 일본 내연력발전설비협회에서는 많은 실측과 조사 및 연구를 통해 새로운 자가발전설비의 출력산정법인 NEGA C 201로 개정하였으며, 이 방식은 일본의 건축설비설계요령, 발전설비공사설계요령, 전기공사설계자료 등에 활용되고 있을 뿐 아니라, 일본 소방청에서도 이 방식으로 1988 년부터 개정하여 사용하고 있다.



2.2.2. NEGA C 201 방식에서의 산출방법

2.2.2.1. 출력계산의 기본 방침

(1) 비상전원은 원래 방화 대상물 마다에 설치하는 것으로 되어 있는 데, 다른 방화 대상물(동일 부지 내에 한함)의 소방용 설비 등에 대해 비상전원을 공용하고, 하나의 자가발전설비에서 전력을 공급하는 경우, 각각의 방화 대상물마다 비상전원부하의 총용량을 계산하고, 그 용량이 최대인 방화 대상물의 부하에 대하여 전력을 공급할 수 있는 출력이라면 충분한 것으로 함.

(2) 출력은 하나의 방화 대상물에 그 이상의 소방용 설비 등이 설치되어 있는 경우, 원래 해당 소방용 설비가 동시에 기동되고 또한 동시에 사용할 수 있는 출력으로 할 것. 단, 2 이상의 소방용 설비가 동시에 기동한 경우, 차례로 5 초 이내에 소방용 설비에 전력을 공급할 수 있는 장치를 한 경우, 또는 소방용 설비의 종류별 또는 조합에 의해 동시 기동 또는 동시 사용을 할 수 없는 경우(예 : 이산화탄소 소화설비와 배연설비) 등에 있어서는, 순시 전부하로 투입한 경우를 출력으로 하지 않도록 할 것.

여기서, 「차례로 5 초 이내에 소방용 설비에 전력을 공급할 수 있는 장치」로는, 2 이상의 소방용 설비에 대한 기동 명령이 동시에 행해질 때, 이것들을 동시에 기동하는 것이 아니라, 하나의 소방용 설비를 우선 기동시키고 5 초 이내에 다음 것을, 또 5 초 이내에 그 다음 것을 차례로 기동시킬 수 있는 장치를 말함.

(3) 소방용 설비의 작동 중에 상용 전원이 정전이 된 경우, 해당 소방용 설비에 대해 자가발전설비에서 순시로 전력을 공급할 수 있는 장치가 마련되어 있을 것. 단, 2 이상의 소방용 설비가 설치되어 있는 경우, 소방용 설비에 대한 부하 투입은 앞에 말한 (2)에 의해 행할 수 있을 것.

2.2.2.2. 자가발전설비의 출력 산정

자가발전설비에서 필요로 하는 출력 산정에 있어, 다음과 같은 방법으로 발전기 출력 및 원동기 출력을 각각 구하고 해당 발전기 출력 및 엔진 출력의 정합을 구한다. 또한, 그 결과를 근거하여 적절한 발전기 및 엔진을 선정한다.

(1) 발전기 출력 산출

G : 발전기 출력 (KVA)

RG : 발전기 출력계수 (KVA/kW)

K : 부하출력 합계 (kW)

이 경우 부하출력 합계 및 발전기 출력계수의 산출은 다음 식에 의한다.

① 부하출력 합계(K),의 산출은 (5) 항에 의할 것.

② 발전기 출력계수(RG)는 다음 4개의 계수를 각각 구하고 그 중 제일 큰것으로 할 것. 이 때, 각 계수의 산출에 관해서는 2.2.2.3.절의 실용식에 의할 것. 또한, 부하 출력 합계가 큰 경우이거나, 보다 상세히 산출할 필요가 있는 경우에는 2.2.2.3.절의 상세식에 의할 것.

RG1 : '정상부하 출력계수'라 하며 발전기단에서의 정상부하전류에 의해 정해지는 계수

RG2 : '허용전압강하 출력계수'라 하며 전동기의 기동에 의해 발생하는 발전기단 전압강하의 허용량에 의해 정해지는 계수

RG3 : '단시간 과전류 내력 출력계수'라 하며, 발전기단에서 과도시 부하전류의 최대치에 의해 정해지는 계수

RG4 : '허용역상전류 출력계수'라 하며 부하에서 발생하는 역상전류 및 고조파 전류의 관계에 의해 정해지는 계수

이상과 같이 발전기 출력계수를 정하며, 이에 대한 해설은 다음과 같다.

① RG 값의 실용상 바람직한 범위는 1.47 D ≤ RG ≤ 2.2 로 한다.(D : 부하수용율)

② 발전기의 제 특성은 다음과 같다.

가. 적용규격 : 발전기 규격은 전기학회 전기규격조사회 표준규격 (JEC), 일본전기공업회 규격(JEM) JEC-114, JEM-1354, JEM-1382에 준거한다.

나. 정격 : 산출되는 발전기 출력은 역률 0.8에서의 연속정격으로 하고, 정격전압, 정격주파수, 정격회전수는 부하설비 및 사용 엔진에 따르는 것으로 한다.

다. 주위조건 : 사용중 주위조건은 공기매체온도 40°C, 습도 85 %, 표고 1,000 m 이하를 기준으로 한다.

라. 과도 리액턴스 : 발전기의 과도특성으로서 부하 투입시의 순시 전압강하에 대한 발전기 과도 리액턴스(X_{d}')는 발전기 용량을 결정한 후 선정 기종에 의한 수치를 적용하게 되지만, 여기서는 계획단계에서의 근사해로서 다극발전기의 대표적인 수치인 X_{d}' = 0.25 를 적용하고 있다. 또한, 소용량의 발전기애 채용되는 2극 발전기의 과도 리액턴스는 다극기에 비해 작기 때문에 별도의 고려가 필요하지만 근사해로 X_{d}'= 0.125를 적용해도 된다.

마. 과전류 내력 : JEM-1354 규정에서는 발전기 과전류 내력에 대해 15 초동안의 150 % 전류를 견뎌야 하는 것으로 되어 있다. 일반적으로 소용량의 발전기는 이에 대해 여유가 있으나, 대용량 발전기에서는 규정한계에 가까우므로 JEM-1354에서 규정한 수치를 적용하였다.

바. 효율 : 발전기 효율은 JEM-1354에서 규정된 규약효율을 적용하고 있다. 특히 과부하(JEM 규정 정격전압에서 15 초 동안의 150 % 전류)시의 엔진용량 선정에 대한 효율은 정격시에 비해 손실이 크고 부하역률도 정격역률(0.8)보다 나쁘게 되므로, 많은 사례를 검증하여 발전기과부하(150 % 부하)시의 효율을 「규약효율·0.95」로 적용하였다.

사. 역상내력 : 정류기 부하(예, CVCF)에 의한 고조파 전류 및 3상 불평형부하(단상 부하에 의한 기본 주파수 정현파)에 의한 역상전류는 발전기의 고정자권선, 고정자 철심, 제동권선 등에 손실 증가와 전압 파형의 일그러짐을 일으켜 발전기에 악영향을 미친다. 그러나, 고조파를 발생시키는 정류부하의 경우, 회로에 포함되는 발전기 및 배선에서의 리액턴스에 의해 정류시의 전류변화는 평활되므로 고조파 성분은 어느 정도 감소될 수 있다. 따라서, 등가역상부하의 출력산출식 KG4는 통상 JEM-1354 규정에 나타난 0.15를 적용한다. 하지만, 역상부하로 인하여 용량이 결정될 때에는 0.3까지 적용할 수 있으며, 최종적으로는 발주자와 제조자 간에 상의가 필요하다.

(2) 엔진 출력의 산출

엔진 출력은 다음과 같이 산출한다.

E : 원동기 출력 (PS)

RE : 엔진 출력계수 (kW/kW)

K :부하출력 합계 (kW)

여기서, 부하출력 합계 및 엔진 출력계수는 다음과 같이 산출한다.

① 부하출력 합계(K)의 산출은 (5) 항에 의할 것.

② 엔진 출력계수(RE)는 다음의 3 가지 계수를 각각 구하고, 그 중 최대치로 결정할 것. 이 때, 각 계수의 산출은 2.2.2.4. 절의 실용식에 의할 것.

또한, 부하출력 합계가 클 경우이거나, 보다 상세히 산출할 필요가 있는 경우에는 2.2.2.4. 절의 상세식에 의한다.

RE1 : '정격부하 출력계수'라 하며 정상시의 부하에 의해 정해지는 계수

RE2 : '허용회전수 변동 출력계수'라 하며 과도적인 부하 급변에 대한 회전수 변동의 허용치에 의해 정해지는 계수

RE3 : '허용 최대 출력계수'라 하며 과도시 걸리는 최대 부하에 의해 정해지는 계수

이상과 같은 엔진 출력계수에 대한 해석은 다음과 같다.

① RE 값의 실용상 바람직한 범위는 1.3 D ≤ RE ≤ 2.2 로 한다.

② 엔진 축 출력은 RE·K·CP (kW) 이상으로 한다.

CP는 원동기 출력 보정계수로 다음 표와 같다.

이러한 이유는 비상발전기의 출력산정 계산방식에서 발전기 효율 n_{g}를 표준치(0.9)로 적용하여 계산하고 있으므로, 발전기 출력이 소용량인 경우를 보정하는 것이다.

③ 부하투입특성 (부하투입 허용량선도와 부하투입 특성치)

본 산정방식에서는 부하의 정상 또는 과도 운전시를 고려하여 상기한 3 가지 수식으로 엔진의 연속출력(정격출력)을 산출하도록 되어 있으며, 이 3가지 수식은 엔진운전에 필요한 3 종류의 제한이라고 할 수 있다.

계산법은 허용될 수 있는 한도 내에서 가능한 한 간단히 할 필요가있으므로, 이 3 종류의 제한 중 연속 최대 제한은 제외한 나머지 2종류의 제한에 대해 최소의 변수를 적용하여 선형적으로 근사한 결과를 얻을 수 있으며, 이를 그림 1에 나타내었다.

[그림 1.] 엔진의 부하투입 허용량

여기서는 ε을 부하투입 허용량, a를 가상 전부하투입 허용량, r를 단시간 최대 출력으로 하고 원동기의 연속 최대출력(정격출력)을 기준으로하여 표시하였다.

이러한 제한에 대해 각각 설명하면 다음과 같다.

가. 단시간 최대 출력에 의한 제한

지금 연속 최대출력(정격출력)의 r배 출력을 단시간 동안 발생시켜도 좋은 엔진이 있다고 하면, 이 엔진의 단시간 최대 출력은 r(PU)로 된다. 베이스 부하량이 x (PU)일 때, 투입되는 최대 부하량(허용 투입 부하량) r(PU)는

로 되어, 그림 1의 ③의 직선 EDG로 된다. ①의 직선 CG는 원동기 연속 최대출력 이상의 베이스 부하가 있을 수 없다는 것을 나타내고 있다. ③의 직선 GF는 실제 적용되는 일이 없으므로 점선으로 표시하였다.

나. 순시 회전수 저하량의 제한에 의한 투입 허용량의 제한

발전기에 순간적으로 부하를 투입할 경우 그림 1의 ②의 직선 AD를 얻을 수 있다. A점은 무부하시에 투입되는 투입 허용량 (무부하시 투입허용량) ε (PU) 이다. D점은 엔진 출력계산식을 종합하기 위해 직선 AD를 연장하여 직선 CG의 연장선과 교차하는 가상점 B를 결정하고, a값으로 바꿔 넣는다. B점은 실제로 존재하는 점이 아니라 가상의 점이지만, 흡사 베이스 부하가 전부하일 때 투입 허용량과 같은 형태이므로 가상 전부하 투입 허용량 a (PU)로 가칭한다.

이제 ε및 a의 특성을 갖는 엔진이 있다고 가정하여, 베이스 부하량이 x (PU)일 때 투입 허용량 y_{ε} (PU)는

로 되며, 그림 1에서 ②의 직선 AD으로 나타난다. ②의 직선에서 DB 점선은 이 부분이 가상이고 실존하지 않는 것이라는 걸 나타낸다. 식 (2.11)과 식 (2.12)를 결정짓게 되는 ε, a 및 r가 원동기의 부하 투입 특성을 나타내는 값(부하 투입 특성치)이 된다.

④ 동특성

가. 무부하시 투입 허용량 : ε

무부하시의 투입 허용량에는 순시 회전수 저하율(회전수 변동율)이 부수적인 조건으로 되며, 이것은 부하측의 요구에 의해 정해지고 일반적으로 투입순시 10 % 이내가 통례이다. 투입 허용량에 관한 주요인자로는, 디젤 엔진에서 부하 투입시 배기 터어빈 과급기의 동작 지연에 의한 투입 순시의 공기량 부족으로 인한 출력 발생의 지연 정도, 발전기를 포함한 등가회전 관성모멘트, 관련계통의 회전수 응답지연 정도 등이 있다.

일축형 가스 터어빈에서는 조속계의 지연 정도가 지배적으로 된다. 2축형 가스 터어빈에서는 가스 프로듀서의 지연 정도, 발전기를 포함한 등가 회전 관성모멘트, 조속계에 의한 압축기 제어 방법에 의한 것 등이 있다.

이들 인자는 각각 고유한 것으로서, 결과적으로 나오는 ε값은 이 엔진의 정격출력과 회전수 그리고 발전기와의 조합에 의해 결정하는 발전장치로서의 고유의 값이 된다. 실제 계획에 있어서는 최종적으로 각각의 실기에 관한 값을 체크할 필요가 있다.

어느 것이나 부하 특성에 따라 달라지므로, 소용량 발전기에서는 단일의 부하가 점하는 비율이 대단히 크기 때문에 요구되는 투입량이 크게 되므로 소용량에서는 ε값이 큰 값으로 되며, 용량이 커지게 되면 부하가 분산되기 때문에 투입량이 작게 된다.

나. 가상 전부하시 투입 허용량 : a

a 값은 베이스 부하를 가지고 있는 경우 각각의 베이스 부하에 대한 투입 허용량의 한도를 구하는 것으로, 이번에 근사적 출력 계산법을 위하여 마련된 것이다. ε과 a를 연결하는 직선으로 베이스 부하를 가진 경우의 투입 허용량을 나타내었지만, 실제는 이것도 ε과 같이 엔진의 특성에 따라 달라지는 고유한 값이 된다. 따라서, 이것도 실제의 계획에 있어서는 최종적으로 각각의 실기에 관한 값으로 체크할 필요가 있다.

디젤 엔진에 대한 근사적 출력 계산법에서는 a = 0.252 로 하였다. 이것은 ε의 함수이지는 않으나, 실제의 예가 거의 이 형태에 가깝게 되고 계산상의 편리를 위하여 이 형태로 종합한 것이다.

가스 터어빈에서는 a = ε로 하였다. 일축형 가스 터어빈에서는 정공기유량의 공기과잉기관이기 때문에 베이스 부하의 유무에 관계없이 a = ε로 되는 것이고, 2 축형 가스 터어빈에서는 일정량의 부하를 투입하는 경우 베이스 부하가 큰 경우일수록 회전수 저하율이 적게 된다 (a >ε). 이것은 베이스 부하의 증대에 따라서 출력의 지연 정도가 적게되기 때문이다. 그러나, 일축형, 이축형을 통일하여 가스 터어빈에서는 a = ε으로 하였다.

다. 단시간 최대 출력에 의한 제한치 : r

엔진은 공급하는 연료의 양에 의해 출력이 결정되므로, 이 공급량을 제한하여 최대 출력을 제한하게 된다. 디젤 엔진에서 소형은 연료 분사펌프의 랙크에, 대형의 단통형은 제어 링크 기구에, 가스 터어빈에서는 연료 제어장치의 연료 액량 계량변에, 각각 스토퍼를 설치하여 최대 연료 유량을 억제하여 최대 출력을 제한하고 있다.

ⓐ 디젤 엔진의 경우

디젤 엔진은 용도 및 정격에 의하여 출력과 특성에 맞는 기종이 선정된다. 최대 출력은 정격출력의 1.1 배로 되도록 스토퍼를 설정하는 것이 통례이다. 따라서, r = 1.1이다. 이외에 정격출력 결정 이전에 엔진에서 허용되는 최대 출력 위치에 래크 스토퍼를 설정하는 경우가 있다. 이 때에는 r >1.1 인 경우가 많다. 또한, 방재부하 전용기(특히 소형이 많음)에서는 정격출력에 래크 스토퍼를 설정하고 있는 것이 많으며, 이 때에는 r = 1.0 으로 된다.

ⓑ 가스 터어빈의 경우

가스 터어빈에서는 최대 출력의 1.1배(또는 1.2배)의 출력이 가능한 위치에 스토퍼를 설정하는 것이 통례이다. 이 경우에는 r = 1.1 또는 ○ =1.2 로 한다. 대용량기에서 중간 정도의 용량에서는 r = 1.05 를 설정한 것도 있다. 소용량의 1축형 가스 터어빈 중에는 가스 터어빈의 회전 관성모멘트를 이용하여 부하의 기동시간을 짧게 하는 경우가 있으며, 이 때에는 r= 1.3 ~ 1.5 정도이다.

(3) 발전기 출력 및 엔진 출력의 정합

자가발전설비로서 조합되는 발전기 및 엔진은 산출된 각각의 출력에 대해 다음 식으로 나타나는 정합율(MR)로 확인하여, 해당값이 1.0이하가 되도록 하는 것이 필요하다. 또한, 적절한 조합으로는 해당값을 0.7 이상으로 하는 것이 바람직하며, 정합율이 1.0을 초과한 경우에 있어서는 엔진의 출력을 재검토하여 1.0이하가 되도록 한다. 즉, 0.7 ≤ MR ≤ 1.0 으로 한다.

단, MR : 정합율

G : 발전기 출력 (KVA)

cos θ : 발전기 정격 역율 (0.8)

η_{g} : 발전기 효율

E : 원동기 출력 (ps)

여기서, 발전기 효율 ηg = 0.9 인 경우에는

로 한다.

(4) 출력산정 절차

① 일본에서는 자가발전설비 출력 산출 결과에 관해서는 출력 계산 용지에 기입하여 (일본 소방청에) 제출토록 하고 있으며, 출력의 과정을 알 수 있도록 계산 용지를 사용하고, 계산 용지는 산정과정 및 결과의 체크가 용이하도록 되어 있음.

② 기존 자가발전설비의 출력산출 방식(PG1, PG2, PG3)은 적용하지 않고 새로운 방식을 적용하도록 되어 있음. 기존의 소방용 설비에 부하 출력이 변경되는 경우에도 새로운 방식에 의한 출력을 소방청에 제출하고, 가능한한 그 결과에 따라 적정한 것으로 개수하는 등의 조치를 강구하도록 되어 있음.

(5) 부하출력 합계(K)의 산출방법

부하출력이란 비상전원을 필요로 하는 소방용 설비 등의 기기(자가발전설비의 부하로 접속하는 기기를 말함)의 정격출력을 말하고, 이 출력의 총합을 부하출력합계(K)로 한다.

가. 부하출력 합계 K

K값은 다음 식으로 구한다.

여기서, m_{i} : 개개 부하기기의 출력 (kW)

n : 부하기기의 갯수

나. 개개 부하의 출력

출력(m_{i}는 개개의 부하기기 정격 표시에 따라 다음 식으로 구한다.

(가) 정격이 출력(kW)으로 표시되어 있는 기기의 경우 (일반 유도 전동기)

가) 일반 전동기(유도기)의 경우

m_{i} = 정격출력 (kW)

소화전 펌프, 스프링 쿨러, 펌프 등의 구동용 전동기에는 범용 저압 농형 유도전동기가 쓰이고 있으며, 전동기의 명판에 표시되어 있는 출력[kW]로 적용한다.

나) 비상용 승강기의 경우

m_{i} = E_{vi}· v_{i}

E_{vi} : 승강기의 제어방식에 의해 정해지는 환산계수 (E_{vi} = 1.224)

vi : 승강기 권상 전동기의 정격출력 (kW)

① 권상 전동기의 명판의 출력 표시값을 v_{i}로 한다.

② MG식 승강기에는 권상 전동기와 유도 전동기·직류 발전기 세트(MG 세트)가 조합되어 있는데, 이 경우에는 권상 전동기의 명판의 출력 표시값을 vi로 한다.

(나) 정격이 출력(kVA)으로 표시되어있는 기기의 경우 (CVCF, 충전장치 등)

m_{i} = C_{i}·cosθ_{i}

C_{i} : 정격출력 (kVA) cosθ_{i} : 부하의 역율 (2.2.2.5.절 제원표 참조)

CVCF 기기의 명판에 부착된 정격출력값을 적용하며, 충전장치 기기의 명판에는 직류측의 정격전압(균등)과 정격전류값이 명시되어 있으므로 이것들의 곱을 정격출력으로 한다.

(다) 정격이 입력(kW)로 표시되어 있는 기기의 경우 (백열등, 형광등 부하 등)

m_{i} = 정격입력 (kW)

전등(조명기기)는 전구에 기재되어 있는 와트수가 입력 kW이고 이것을 정격출력으로 취급하며, 전열기는 기기의 명판의 기재 와트수가 입력 kW이고 이것을 정격출력으로 취급한다.

(라) 정격이 입력(kW)로 표시되어 있는 기기의 경우 (콘센트 부하 등)

m_{i} = L_{i}· η_{Li}·cosθ_{Li}

L_{i} : 부하의 정격입력 (kVA)

η_{Li} : 해당 부하의 효율 (보통 0.85 사용)

cosθ_{Li} 해당 부하의 역율 (보통 0.8사용)

콘센트에는 정격전압과 정격전류가 표시되어 있으며, 비상 콘센트 설비는 1ø 15A 125V를 사용하는 것으로 되어 있으므로 100V x 15A = 1.5kW로 한다.

(마) 기타 기기의 경우

효율(η_{L})이 0.85 보다 현저히 적은 기기의 경우에는 다음 식으로 한다.

m_{i} = [η_{L}/η_{L}·K_{i}

η_{L} : 부하의 총합효율 (0.85)

η_{Li} : 당해 부하의 정격효율

K_{i} : 부하 출력 (kW)

다. 부하출력합계(K)의 산출 수순

부하출력합계(K)의 산출방법은 전술한 바와 같으나, 구체적으로 산출하는 경우에는 계산표를 사용한다. 계산표를 이용한 산출수순은 다음과 같으며, 각 산출식에 이용하는 계수는 2.2.2.5. 절의 제원표에 의한다.

(가) 부하표의 작성

소방용 설비 등의 부하기기를 선정하고, 「자가발전설비 출력 계산 시트(부하표)」(이하 「부하표」라 한다)에 소정의 사항을 기입한다.

(나) ① 건명 : 소방 대상물의 명칭 등을 기입한다.

(다) ② 기기번호 : 부하기기 번호 등을 기입한다.

(라) ③ 부하명칭 : 부하기기 명칭을 기입한다.

(마) 부하출력합계의 산출

가) ④ 대수 : 부하기기 댓수를 기입한다.

나) ⑤ 환산을 필요로 하는 부하기기의 입력 또는 출력(kW, kVA) : 환산을 필요로 하는 부하기기의 입력 또는 출력(kW, kVA)을 기입한다. 해당기기 : 승강기, CVCF, 충전장치, 콘센트 부하 등

다) ⑥ 출력환산계수 : 승강기 등의 출력 환산을 필요로 하는 부하기기에 대해 2.2.2.5.절 (1)-(가) 또는 (마)에 나타낸 값을 기입한다.

라) ⑦ 출력 : 부하기기의 출력을 기입한다. 또, 환산을 필요로 하는 부하기기에 관하여는 당해 부하기기 용량과 출력환산계수(E_{v}등)의 곱을 출력란에 기입한다.

마) ⑧ 부하출력 합계치(K값)의 산출 : ⑦의 총합을 구하고 ⑧에 기입한다.

(바) M2 선정

가) ⑨ 기동방식 : 당해 부하기기의 기동방식을 기입한다.

나) ⑩ k_{s}/Z′m : 당해 부하기기의 k^{s}/Z′m값을 2.2.2.5.절 (1)-(다) 또는 (라)에서 구하여 기입한다.

다) ⑪ k_{s}/Z′m : ⑦ x ⑩의 값을 구하여 기입한다.

라) ⑫ M2의 선정 : ⑪의 값이 최대의 것을 기입한다.

(사) M3의 선정

가) ⑬ k_{s}/Z′m - 1.47 : ⑩ - 1.47의 값을 구하여 기입한다.

나) ⑭ (_^{s}/Z′m - 1.47) · m_{i} : ⑦ x ⑬의 값을 구하여 기입한다.

다) ⑮ M3의 선정 : ⑭의 값이 최대인 것을 기입한다.

(아) M2'의 선정

가) (16) 기동역률 cosθ_{s} : 당해 부하기기의 기동역률을 2.2.2.5.절 (1)-(다) 또는 (라)에서 구하여 기입한다.

나) (17) k_{s}/Z′m· cosθ_{s} : 당해 부하기기의 k_{s}/Z′m· cosθ_{s}를 2.2.2.5.절 (1)-(다) 또는 (라)에서 구하여 기입한다.

다) (18) k_{s}/Z′m· cosθ_{s}· m_{i} : ⑦ x (17)의 값을 구하여 기입한다.

라) (19) M2'의 선정 : (18)의 값이 최대인 것을 기입한다.

(자) M3'의 선정

가) (20) k_{s}/Z′m· cosθ_{s} -1 : (17) - 1의 값을 구하여 기입한다.

나) (21) (k_{s}/Z′m· cosθ_{s}-1) · m_{i} : ⑦ x (21)의 값을 구하여 기입한다.

다) (22) M3'의 선정 : (21)의 값이 최대인 것을 기입한다.

(차) 고조파 발생 부하 출력 합계의 산출

가) (23) 고조파 발생 부하 R_{i}(kW) : 부하기기중 충전장치, CVCF 등의 정류기 사용 부하기기에 관하여 ⑦의 값을 (23)에 기입한다.

나) (24) ∑Ri = R의 산출 : (23)의 총합을 구하여 기입한다.

(파) 불평형 부하의 산출

가) (25) 불평형 부하 : 단상부하의 부하기기 출력을 (25)의 해당란에 기입함과 동시에 R-S 부하의 합계를 (26)에, S-T 부하의 합계를 (27)에, T-R 부하의 합계를 (28)에 기입한다.

나) 최대값 등의 산출 : (26), (27) 및 (28) 중 최대의 값을 A(29)에, 그 다음 값을 B(30)에, 최소값을 C(31)에 기입한다.

<표2-2> 자가발전설비 출력 계산표

2.2.2.3. 발전기 출력계수(RG)의 산출방법

(1) 정상부하 출력계수 (RG1)

가. 상세식

η_{L} : 부하의 종합효율

m_{i} : 개개 부하기기의 출력 (kW)

η_{i} : 당해 부하의 효율

K : 부하의 출력 합계 (kW)

D : 부하의 수용율

S_{f} : 불평형 부하에 의한 선전류의 증가계수

S_{f} = √ (1 + [Δp/K] + [Δp²/K²](1-3u+3u²))

Δp : 단상부하 불평형분 합계 출력치(kW)

3상 각 선간에 단상부하 A, B 및 C출력치(kW)가 있고, A ○ B ○ C 의 경우

△p = A + B -2c

u : 단상부하 불평형 계수

u = A - C / △p

cosθ_{g} : 발전기 정격역율

(2) 실용식

D : 부하의 수요율

S_{f} : 불평형 부하에 의한 선전류 증가계수

S_{f} = 1 + 0.6 · [Δp/K]

Δp : 단상부하 불평형분 합계 출력치(kW)

3상 각 선간에 단상부하 A, B 및 C 출력치(kW)가 있고, A≥B≥C 의 경우

Δp = A + B - 2C

K : 부하의 출력 합계(kW)

이 때, 이 식 (2.18)을 사용하는 경우는 Δp/K ≤ 0.3 일 것.

Δp/K >0.3 의 경우는 상세식에서 S_{f}를 구할 것.

발전기 부하설비의 접속은 발전기 각상에 균등하게 배분시키는 것이 원칙이다. 실시단계에 있어서는 부하설비, 배전선로 등의 사정으로 균등하게 배분할 수 없는 일이 있다. 적용 발전기 출력산정에서 각 상에 걸리는 전류의 최대값을 고려하여 발전기 출력을 구한다.

(2) 허용전압강하 출력계수 (RG2)

상세식과 실용식은 다음과 같이 같다.

ΔE : 발전기단 허용전압강하 ( PU : 자기용량 베이스 )

xd'g : 부하 투입시의 전압강하를 평가한 임피던스 (PU)

K_{s} : 부하의 기동방식에 의한 계수

Z'_{m} : 부하 기동시 임피던스 (PU)

M2 : 기동시 전압강하가 최대로 되는 부하기기의 출력 (kW)

전체의 기동입력([k_{s}/Z'_{m}] ·m_{i})값을 계산하여 그 값이 최대로 되는 m_{i}를 M2로 한다.

K : 부하의 출력 합계 (kW)

발전기와 기동부하회로의 관계를 그림 2에 나타낸다.

[그림 2.] 발전기와 기동부하와의 회로

개폐기 S가 open되었을 때에는 E_{0} = V_{t}가 되며, 부하투입시에는

가 된다. 이 때, 부하 투입에 의한 단자 전압강하 ΔE는

이며, 여기서 전압변동율을 구하면

가 된다. 이것을 발전기 용량 기준의 단위법으로 나타내면 (E_{0} = 1.0 이하도 같음)

로 되고, 기동 전동기 출력과 허용전압 변동치의 관계로부터 적용 발전기 출력을 산출할 수 있다. 단, Z는 투입부하 임피던스(PU)이고 적용 발전기 출력 기준 임피던스로 치환하면 다음 식 (2.25)와 같아진다.

그러므로, ΔE = [xd'/xd'_{g}+[G₂/P_{ms}]로 되고,

이 된다. 이것을 부하출력합계 K(kW)로 양변을 나누면

이고, 또 P_{ms} = [k_{s}/Z'_{m}]M₂이므로 결국,

가 된다.

(3) 단시간 과전류 내력 출력계수 (RG3)

가. 상세식

KG₃ : 발전기 단시간 과전류 내력 (PU)

d : 베이스 부하의 수용율

η_{b} : 베이스 부하의 효율

cosθ_{b} : 베이스 부하의 역율

k_{s} : 부하의 기동방식에 의한 계수

Z'_{m} : 부하 기동시 임피던스 (PU)

M3 : 단시간 과전류 내력을 최대로 하는 부하기기의 출력 (PU)

K : 부하의 출력 합계

나. 실용식

d : 베이스 부하의 수용율

k_{s} : 부하의 기동방식에 의한 계수

Z'_{m} : 부하 기동시 임피던스 (PU)

M3 : 단시간 과전류 내력을 최대로 하는 부하기기의 출력 (kW) 모든 (기동입력(kVA) - 정격입력(kVA)) 값이 최대로 되는 부하 출력(kW) ([k_{s}/Z'_{m}] - [d/η_{b} · cosθ_{s}]) · m_{i}를 계산하여그 값이 최대로 되는 m_{i}를 M3로 한다.

K : 부하의 출력 합계 (kW)

RG3를 구하는 방법은 다음과 같다. 발전기는 짧은 시간 동안 정격출력을 초과하는 출력에 견디는 능력을 가지고 있으며, 부하설비로서 전동기를 기동할 때 해당기기의 정격치 보다 큰 전류가 흐르는 경우가 있으므로, 양자를 협조시켜 적정한 발전기 출력을 구하는 것이다. 부하투입시 발전기에 흐르는 전류는 이 기동전류와 이미 운전되고 있는 베이스 부하 전류와의 합이 된다. 또, 부하투입시 발전기에 흐르는 전류는 그 발전기의 단시간 허용전류내량 이내이어야 한다. 최후에 투입하는 부하가 최대 기동 전류를 발생하는 경우, 필요한 발전기 출력이 최대로 것이므로,

로 되어, 양변을 K로 나누면

[K/K] = 1 = (1- [M/K]) + [M/K]

로 된다.

이제 최대기동전류를 최후에 투입할 때의 발전기 출력계수는 다음과 같이 된다.

여기서, d : 부하설비의 수용율

η_{b} : 부하설비 효율

cosθ_{b} : 부하설비 역율

k_{s} : 전동기 M의 기동계수

Z'_{m} : 전동기의 기동전류를 고려한 임피던스

cosθ_{s} : 기동전동기 기동 역율

sinθ_{s} : sinθ_{s} = √(1-cos²θ_{s})

이제, 식 (2.31)에서 발전기 단시간 출력계수 KG3를 고려하면

로 된다.

다. 실용 근사식의 적용

식 (2.32)는 전력 벡터합으로서 이론적으로는 유효전력과 무효전력의 제곱의 합에 대한 평방근으로 구하는 것이다. 그러나, 실용 계산상 번잡을 피하기 위해 근사식을 구한다.

식 (2.32)에서 [M/K] = 0 과 [M/K] = 1.0 의 점을 구하고, M/K 중간값을 직선 근사시킨 것에 대해 고려한다. M/K = 0 이라 놓으면,

이고, cosθ_{b} + j sinθ_{b} = 1 이므로

이다. 여기서, M/K = 1.0으로 놓으면

가 되며, 이 두점을 잇는 직선은 다음 식 (2.37)과 같이 되고 그림 3과 같이 나타낼 수 있다.

[그림 3.] RG3와 투입부하 M/K와의 관계

근사식인 식 (2.37)을 이용하고 발전기의 단시간 출력계수 KG3을 고려하면 RG3로 식 (2.29)를 적용할 수 있다.

이론식 (2.31)과 근사식 (2.29)를 비교, 계산하면 <표2.3>이 된다. 두 식의 차이는 근사식 쪽이 약간 크므로, 실용상 안전을 고려하여 식 (2.29)를 사용하도록 하고 실무상의 편리함을 도모하는 것으로 하였다.

<표2.3(a)> 식 (2.29) 근사식의 해

<표2.3(b)> (2.31) 이론식의 해

라. RG3의 실용식

식 (2.29)에 일반적인 다음 값을 대입하면 실용식이 된다.

η_{b} = 0.85,

cosθ_{b} = 0.8,

KG3 = 1.5

(4) 허용역상전류 출력계수 (RG4)

가. 상세식

K : 부하의 출력합계 (kW)

KG4 : 발전기의 허용역상전류에 의한 계수 (PU)

R_{i} : 고조파 발생부하의 정격출력 (kW)

h_{i} : 당해부하의 고조파 발생율 (당해기기가 발생하는 고조파 전력을 등가역상전류로 환산한 계수)

η_{vi} : 당해 부하의 효율

cosθ_{i} : 당해 부하의 역율

ΔP : 단상부하 불평형분 합계 출력치 (kW)

3상 각선간에 단상부하 A, B및 C출력값(kW)이 있고,

A ≥ B ≥ C 인 경우 ΔP = A + B - 2C

ηø : 각 단상부하의 효율 (각 단상부하 모두 같은 것으로 간주)

cosθø : 각 단상부하의 역율 (각 단상부하 모두 같은 것으로 간주)

u : 단상부하 불평형계수

u= [A-C/ΔP]

나. 실용식

KG4 : 발전기 허용 역상전류에 의한 계수 (PU)

(일반적으로 2.2.2.5.절 (2)에 표시한 값을 적용)

R : 고조파 발생 부하의 출력 합계 (kW)

K :부하 출력 합계 (kW)

ΔP : 단상부하 불평형분 합계 출력치 (kW)

3상 각 선간에 단상부하 A, B 및 C출력치(kW)가 있고,

A ≥ B ≥ C 인 경우 ΔP = A + B -2C

u : 단상부하 불평형계수 u= [A-C/ΔP]

상기식 들은 다음과 같이 설명할 수 있다.

발전기에 정류기 부하(CVCF, 배터리, 충전기, 싸이리스터, 레오나드 제어기기)와 3 상 불평형 부하(예, 단상부하)를 접속하면, 발전기의 전기자 권선, 회전자 철심, 제동권선 등에 과전류 현상을 일으키고 손실 증대, 온도 상승, 전압파형의 일그러짐 등 발전기에 악영향을 끼치는 결과를 발생한다. 이 때문에 적용 발전기와 부하설비의 고조파와 불평형 부하에 대한 정합성을 가질 필요가 있다.

한편, 발전기의 역상전류내량은 일본전기공업회 규격 디젤엔진구동 육상용 동기발전기 JEM-1354에 1_{₂eq} ○ 15%로 규정하고 있다. 이러한 허용 역상내량을 고려할 때 필요한 발전기 출력을 G4라 하면, 다음과 같이 쓸 수 있다.

여기서, R : 합성 등가 역상전력 (kW)

KG4 : 발전기 허용 역상전류 내량

KG4 = 0.15 (JEM-1354에 준거 l_{₂eq} = 0.15)

합성 등가 역상전력 R은 다음과 같이 산출될 수 있다.

이 때, H는 정류기 부하 등에서 발생하는 고조파 성분의 역상전류에 의한 전력으로 다음과 같다.

여기서, Ri : 정류기 부하 출력

h_{i} : 고조파 발생율

k : 정류상수 6, 12

i : 1, 2, 3‥‥

η_{vi} : 정류기의 효율

cosθ_{vi} : 정류기의 역률

또한, P_{w2}는 3상 불평형 부하에서 발생하는 역상전력으로서, 3상 각 선 a, b, c 간에 전력을 각각 P_{ab}, P_{bc}, P_{ca}라 하면 그림 4처럼 된다.

[그림 4.] 각 선간 전력의 관계

대상좌표법에서 √ (3)I₂V_{0} = P_{w'}₂라 놓으면

P_{ab} ≥ P_{ca} ≥ P_{bc}로부터

ΔP₁ = P_{ab} - P_{bc}

ΔP₂ = P_{ca} - P_{bc}

ΔP₁² = P_{ab}² - 2 P_{ab} · P_{bc} + P_{bc}²

ΔP₂² = P_{ca}² - 2 P_{ca} · P_{bc} + P_{bc}²

ΔP₁· ΔP₂ = P_{ab} · P_{ca} - P_{ab} · P_{bc} - P_{bc} · P_{ca} + P_{bc}²

ΔP₁² + ΔP₂² - ΔP₁ · ΔP₂

= P_{ab}² + P_{bc}² + P_{ca}² - (P_{ab} · P_{bc} + P_{bc} · P_{ca} + P_{ca} · P_{ab})

따라서,

가 되고,

ΔP = ΔP₁ + ΔP₂ = P_{ab} + P_{ca} - 2P_{bc}

ΔP₁ = uΔP,

ΔP₂ = (1-u)ΔP

라 놓으면

그러므로,

한편, 식 (2.31)에 다음의 일반적인 값을 대입하면 실용식을 얻을 수 있다.

다. 역상전력

(가) 단상 불평형 부하에 의한 역상전력

3상 전원에서 각 상에 불평형 부하가 가해질 때, 그 불평형에 의하여 역상전류가 흐른다. 정격전압에서 이러한 12가 흐른 경우의 형식적 가상 전력을 피상전력이라 부른다. 3상 전원에 대한 단상 부하의 취급을 다음과 같이 한다.

가) 일반적인 경우, 단상 부하는 3 상이 평형이 되도록 배분시키므로 역상전류는 발생하지 않는 것으로 한다. Scott 변압기를 채용한 경우도 마찬가지이다.

나) 3 상 전원의 2 선간에 단일 단상부하 ΔP 또는 그 2 조의 2 선간에 각 조 1 개로 모두 2 개의 단상부하 ΔP, 즉 합계 2ΔP가 부하인 것이 각각 확실한 경우에는 다음 식으로 역상전력을 산정한다.

(단, P₁ : 단상부하 용량)

이 때, 3 상의 2 조 2 선간에 각 조 1 개씩, 모두 2 개의 단상부하가 총 부하인 경우는 그 합계 용량이 2ΔP이고, 각 조 단상부하는 ΔP의 용량이 되도록 배분되어 있는 것으로 가정한다.

(나) 정류기 부하의 등가역상전력

부하중에 정류기 부하가 있을 때 정류기 부하는 고조파 전류의 발생원이 된다. 고조파 전류가 발전기에 흐를 경우, 역상전류(I₂)와 등가인 등가역상전류(I₂_{eq})가 흐르는 것으로 고려하여 평가하는데, 전원 전압이 정격일 경우 이 I₂_{eq}가 흐를 때의 형식적인 가상전력을 등가역상전력이라 부른다.

전원에 대한 정류기 부하의 취급은 다음과 같이 한다.

가) 정류기 부하에서 발생하는 고조파 전류의 고조파 차수

n : 고조파 차수

K : 1, 2, 3‥‥ (자연수)

Q : 정류상수

나) 등가역상전류

I₂_{eq} : 등가역상전류

I : 정류기 부하용량 P의 전부하 전류

n₁ = K · Q - 1,

n₂ = K · Q + 1

식 (2.41)의 I₂_{eq}는 3 상 전파정류에 있어 정류파형은 완전한 방형파이고, 외부 임피던스에 의한 영향을 일체 받지 않는 경우를 나타냈다. 상기 I₂_{eq}를 정류상수 Q = 6 및 Q = 12 인 경우에 대해 산정한 예를 나타내면 다음과 같다.

a. 6상 정류의 경우

b. 12상 정류의 경우

다) 등가역상전력

P₂_{eq} : 등가역상전력

h : 정류상수에 의해 정해지는 계수 (등가역상전력계수)

상기 계산 예에서는

6상 정류의 경우 h = 0.578

12상 정류의 경우 h = 0.339

단, 정류 파형이 완전 방향파라 가정한 경우임.

P : 정류기 부하용량

식 (2.42)은 식 (2.41)에서 I를 P로 치환하고, I₂_{eq}를 P₂_{eq}로 치환함으로써 얻을 수 있다.

라) 정류기 부하군의 등가역상전력

정류기 부하 및 이와 유사한 것으로 충전기, CVCF, VVVF, 싸이리스터 제어 승강기 등을 생각할 수 있는 데, 이것들이 발전기 부하인 경우 합성등가역상전류는 다음 식으로 한다.

R_{i} : 개개의 정류기 부하용량

h_{i} : 개개의 정류기 부하 등가역상전력계수

합성등가역상전력은 √(∑(h_{i} · R_{i})²) = h'∑(R_{i}) = P₂_{eq}로 구해야 한다는 의견이 있지만, 여기서는 식 (2.43)로 하였다.

마) 등가역상전력계수 h

h 값은 정류상수에 의하고 변화하는 것은 (나)의 나)항과 같다. 그렇지만, 이것을 그대로 적용하는 것은 역상전력 산정에 있어 대단히 큰 값이 된다. 실제 정류기 부하인 조건으로는 전원측 임피던스에 의한 轉流중첩각과 고조파 전류가 다른 부하로 분류되는 것 등에 의해 꽤 작은 값을 적용해도 괜찮은 것으로 되어 있다. 본 계산법에서는 다음의 가정에 의해 h값의 추정치를 설정하였다.

a. 전체 정류기 부하는 6 상 정류로 가정하고, 이 때의 h = 0.578 (25차까지의 값)을 기본으로 하여 계수 α를 고려하는 것으로 한다.

b. 계수 α값은 통상의 정류기 부하에 대해 α = 0.6 으로 한다. 따라서, h = 0.578 x 0.6 ≒ 0.35로 한다.

(다) 역상전력(PW₂)과 등가역상전력(P₂eq)과의 합성전력

P₂_{res} : PW₂와 P₂eq와의 합성전력

PW₂ : 단상 불평형에 의한 역상전력, 식 (2.39) 참조

∑(h_{i}·R_{i}) : 등가역상전력 = P₂_{eq}, 식 (2.43) 참조

(라) RG4의 유도

발전기 정격에 대해 허용할 수 있는 역상분에는 제한이 있고.

P₂_{res}/G = KG4 ○ 1.0

으로 나타내는 역상내량계수 KG4가 발전기 규격(JEM, JEC로 규정되어 있는 바와 같이 15 % 이므로, 보통 KG4 = 0.15 이다. 여기서, PG는 발전기 출력이고, P₂_{res}는 식 (2.44)에 의한 값이다. 따라서, P₂_{res}인 역상전력이 부하인 경우 발전기 소요 출력 PG는 [P₂_{res}/KG₄]이상이 필요하고, 발전기 출력 원리식 G = RG4 · K 로 부터

즉, 식 (3.31)과 같다.

라. 불평형 부하와 고조파 부하 사용의 합성등가역상전력

(R = √ (H² + PW²) 의 산출

(가) 정류기 부하 등의 고조파 전류에 의한 발전기의 고정자측과 회전자측 자계의 관계는 일반적으로 알고 있는 것처럼 다음 <표2.4>와 같다.

<표2.4> 정류기 부하에 의해 발전기 고정자 ·회전자에 존재하는 고조파

(나) 한편, 동기 발전기에 불평형 부하가 걸릴 경우 역상전류 l2가 흐르고 정상전류는 회전자와 같이 동일 방향, 동일 속도로 도는 데 대해, 역상전류에 의한 회전자계는 회전자와 반대 방향으로 회전자와 동일 속도로 회전하므로, 불평형 부하에 따르는 역상전류는 회전자 회로에 2 배 주파수의 전류가 흐르게 되고, 회전자에는 2배 주파수(S=2)인 손실을 준다.

(다) 정류기 부하 등에 따르는 고조파 전류에 대해서는 상기 (가) 항에 보인 것과 같고 회전자 회로에 대한 주파수는 2 배 주파수(= 불평형 부하)로 되며, 6 배 (5 차와 7 차 고조파), 12 배 (11 차와 13 차 고조파), 18 배(17 차와 19 차 고조파) ‥‥ 로 되므로, 이 고조파에 의한 영향을 「등가역상전류」 로 환산하고 아래와 같이 일반적인 역상전류와 동일한 level로 볼 수 있다.

여기서, v는 회전자에 유기하는 고조파 성분으로

I_{v} = (I_{ki}-1 + (I_{ki}+1)

v = (k_{i}-1) + (k_{i}+1) = 2k_{i}

k = 정류상수 (6, 12, 18)

i = 1, 2, 3‥‥

또한, 등가역상전류의 산출에 대해서, fv를 고조파 주파수, Iv를 고조파 전류, R_{0}를 직류저항, f₁을 기본 주파수로 하면, f_{v}일 때 발전기 제동권선 등가저항 R_{v}는

가 된다. 여기서,

이다. 따라서, 고조파 전류에 의한 총손실과 역상전류에 의한 손실[식 (2.49) = 등가역상전류]이 같다고 놓고, f_{v} = v_{f1}, f₂ = 2f₁을 대입하여 정리하면 다음과 같이 된다.

(라) 불평형 부하(단상 부하)와 고조파 전류 부하(정류기 부하 등)가 사용되는경우, 상기 (가) ~ (다) 항에 의하고 등가역상전류 I₂eq는

가 된다. (정류기 부하 6 상 정류의 경우) 즉, [불평형 부하에 의한 역상전류]² + (고조파 부하에 의한 등가역상전류)²의 합에 비례한다는 것이 판명된다.

참고로 고조파 전류부하(정류기 부하 등)의 동기기에 끼치는 영향은 다음과 같다.

k = 정류상수 6, 12

i = 1, 2, 3‥‥

(5) 발전기 출력계수 RG의 결정

RG는 RGI, RG2, RG3및 RG4 값 중 최대의 것으로 한다.

(6) RG값의 조정

전항에서 구한 RG값이 1.47 · D 값에 비해 현저하게 큰 경우는 대상부하와 균형을 맞춘 RG값을 선정하도록 하여 그 값이 1.47 ·D에 근사하게 조정한다. 이 경우 조정은 다음과 같이 한다.

가. RG값의 실용상 바람직한 범위: 1.47·D ≤ RG ≤ 2.2

나. RG2 또는 RG3에 의해 과대한 RG값이 산출된 경우 : 기동방식을 바꾸어 가.의 범위를 만족하도록 한다.

다. RG4가 요인으로 과대한 RG값이 산출되는 경우 특별한 발전기를 선정하고 가.의 범위를 만족하도록 한다.

라. 승강기가 요인으로 RG값이 과대하게 되는 경우 승강기 제어방식의 변경이 필요하며, RG값이 작아지도록 노력한다.

(7) 발전기 출력

선정하는 발전기 정격출력은 RG·K(kVA) 이상으로 한다. 단, RG·K(kW)의 값이 95 % 이상의 표준 정격치인 경우에는 그것으로 선택한다.

(8) 발전기 출력계수(RG) 산출 수순

발전기 출력계수(RG)의 산출방법은 전술한 바와 같으며, 구체적으로 산출할때에는 아래에 나타낸 바와 같이 한다. 계산표를 이용한 산출 수순은 아래와 같으며, 각 산출식에 사용하는 계수는 2.2.2.5.절의 제원표에 의한다.

가. 발전기 출력의 산출

부하표의 결과를 기초로 「자가발전설비 출력 계산표 (발전기)」 (이하 「발전기 출력표」 라 한다)의 소정란에 당해 수치를 기입하고 발전기 출력을 산출한다.

나. RG1 = 1.47D · S_{f}

다. RG₂ = [1-²E/ΔE]·xd'_{g}·[k_{s}/Z'_{m}]·[M₂/K]

라. RG₃ = 0.98d + ([1/1.5]·[k_{s}/Z'_{m}] - 0.98d) [M₃/K]

마. RG₄ = [1/KG₄]√((0.432[R/K])² + (1.25[ΔP/K])² (1-3u + 3u²))

바. RG를 구한다.

(43)(47)(50) 및 (54)의 값 중 최대값을 RG로 한다.

또, 1.47 ≤ RG ≤ 2.2 를 만족해야 한다.

사. 발전기 정격출력

G = RG x K

(56) : 위의 계산결과로부터 발전기 계산출력을 구한다.

(57) : (56) 의 계산값에 대하여 土 5%를 고려하여 발전기 정격출력으로 결정한다.

2.2.2.4. 원동기 출력계수(RE)의 산출방법

(1) 정상부하 출력 계수(RE₁)

가. 상세식

η_{L} : 부하의 총합효율

K : 부하의 출력합계 (KW)

m_{i} : 개개 부하기기의 출력 (KW)

η_{i} : 해당부하 효율

D : 부하의 수요율

η_{g} : 발전기 효율

나. 실용식

상기한 식 (2.57)은 식 (2.55)에 다음과 같은 값을 대입하면 얻을 수 있다.

η_{L} = 0.85,

η_{g} = 0.9

RE1 = [1/0.85] x D x [1/0.9] = 1.3·D

(2) 허용 회전수 변동 출력계산 (RE2)

가. 상세식

ε : 엔진의 무부하시 투입허용량 (PU : 자기용량 베이스)

f_{v} : 순시 주파수 저하, 전압강하에 의한 투입부하 감소계수

η_{g}' : 발전기의 과부하시 효율

a : 엔진의 가상 전부하시 투입허용량 (PU)

d : 베이스 부하의 수용율

η_{b} : 베이스 부하의 효율

k_{s} : 부하의 기동방식에 의한 계수

Z'_{m} : 부하 기동시의 임피던스 (PU)

cosθs : 부하 기동시의 역률

M2' : 부하투입시 회전수 변동이 최대로 되는 부하기기의 출력 (kW)

K : 부하 출력합계 (kW)

나. 실용식

(가) 엔진이 디젤 엔진인 경우

d : 베이스 부하의 수용율

ε : 엔진의 무부하시 투입허용량 (PU : 자기용량 베이스)

k_{s} : 부하의 기동방식에 의한 계수

Z'_{m} : 부하기동시 역률

M₂′ : 부하투입시 회전수 변동이 최대로 되는 부하기기의 출력 (kW)

{ 부하기동입력 [kW] - 앤진 순시투입허용량을 고려한 정상부하입력 [kW] } 의 참이 최대가 되는 부하출력 [kW] ( -cosθs - (ε-a) - } m_{i}를 계산하여 그 값이 Z'_{m} η_{b} 최대로 되는 m_{i}를 M2'로 한다.

a : 엔진의 가상 전부하시 투입 허용량 (PU)

η_{b} : 베이스 부하의 효율

m_{i} : 개개 부하기기의 출력 (kW)

K :부하의 출력 합계

(나) 엔진이 가스터빈인 경우

ε : 엔진의 무부하시 투입허용량 (PU)

k_{s} : 부하의 기동방식에 의한 계수

Z'_{m} : 부하 기통시 임피던스 (PU)

cosθ_{s} : 부하 기동시 역률

M₂′ : 부하 투입시 회전수 변동이 최대가 되는 부하기기의 출력 (kW)

K : 부하의 출력 합계 (kW)

다. 수식에 대한 설명

(가) 엔진에 부하투입시 걸리는 부하를 베이스 부하 전력과 투입부하의 기동시 전력과의 합으로 할 때 전력 G2는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

식 (2.61)의 첫째 항인 유효전력분이 엔진에 걸리고, 그 값을 간단하게 다시 부하투입시 발전기 효율 η_{g}' 로 나눈 값 즉,

이 엔진에 걸리는 것이 된다. 식 (2.62)의 첫째 항이 베이스 부하분이고 둘째 항이 투입부하분이다.

(나) 엔진 허용회전수 변동은 NEGA G 151(발전기 구동용 엔진의 부하투입특성 지침)에 의하면 그림 5와 같다. 이것은 정격출력 1 PU 엔진에서 베이스 부하 x (PU)가 있을 때 투입가능량이 y (PU)인 것을 나타내고있다. 또한, 이것은 그림 6에서와 같이 정격출력 E₂인 엔진에서 베이스부하 X가 있을 때 투입가능량이 Y인 경우,

인 관계가 있다는 것을 나타내고 있다.

[그림 5.] 부하투입가능량 (PU), [그림 6.] 부하투입가능량(정격출력 E₂인 엔진)

그림 5에서 y = ε - ( ε - a) · x 이므로 식 (2.63)을 대입하면

가 되므로,

로 된다. 여기서, 정의에 의해

로 되므로, 이 식의 값을 최대로 하는 M을 M₂′라 하여 다음과 같이 나타낸다.

(다) f_{v}는 회전수 저하, 즉 전압강하에 따르는 부하출력의 저감계수로서, 부하투입시 엔진은 과도적이므로 회전수 및 전압이 저하된다. 이 때 베이스부하로서 이미 운전하고 있던 엔진의 출력은 과도적으로 감소한다. 이 현상을 평가하여 계수화하고 용량계산식의 적정화를 도모했다. 즉, f_{v} = 0.9로 적용하면 다음과 같이 된다.

그림 7은 유도전동기 37 kW Y-Δ 기동방식에서 Y에서 Δ로 절체한 때의 가속전력량을 나타낸다. 발전기 전원인 경우는 주파수 저하, 전압 저하에 의해 입력(kVA, kW)이 감소함을 알 수 있다. 이 효과를 f_{v} 순시주파수 저하 및 전압강하에 의한 투입부하 감소계수라 하여 취급하고 그림 7에 의해 f_{v} = 0.9 로 평가하고 있다.

[그림 7.] Y-Δ 절체시 과속 전력

(라) 디젤 엔진인 경우의 실용식

에서, a = 0.25 · ε의 관계를 적용하면,

로 되고, f_{v}= 0.9, η_{b} = 0.85, η_{g}′= 0.86 을 대입하면 다음과 같이 된다.

(마) 가스 터빈인 경우의 실용식

상세식인 식 (2.58)에 가스 터빈의 경우로서 a = ε 인 관계를 적용하면,식 (2.58)의 첫 항은 없어지므로,

로 되고,여기에 f_{v} = 0.9, η_{g}′ = 0.86을 대입하면 다음과 같이 된다.

(3) 허용최대 출력계수 (RE₃)

가. 상세식

γ : 엔진의 단시간 최대출력 (PU)

η_{G}′ : 발전기 과부하시 효율

d : 베이스 부하의 수요율

η_{b} : base 부하의 효율

k_{s} : 부하의 기동방식에 의한 계수

Z_{m}′ : 부하의 기동시 임피던스 (PU)

cosθ s : 부하의 기동시 역률

M₃′ : 부하투입시 원동기 출력을 최대로 하는 부하기기의출력 [kW]

K : 부하출력합계 [kW]

나. 실용식

γ : 원동기 단시간 최대출력 (PU)

d : 베이스 부하의 수용율

k_{s} : 부하의 기동방식에 의한 계수

Z_{m}′ : 부하의 기동시 임피던스 (PU)

cosθs : 부하의 기동시 역률

M₃′ : 부하투입시에 원동기 출력을 최대로 하는 부하기기의 출력 [kW]

(즉, (기동입력 [kW] - 정격입력 [kW]) 값이 최대가 되는 부하기기의 출력 [kW]임) {k_{s} / Z_{m}' cosΘ_{s} - d/n_{b}

m_{i}를 계산하여 그 값이 최대가 되는 m_{i}를 M₃′로 한다.

η_{b} : base 부하의 효율

m_{i} : 개개 부하기기의 출력 [kw]

K : 부하출력합계 [kW]

다. 수식에 대한 설명

(가) 엔진에 부하투입시 걸리는 부하를 베이스 부하 전력과 투입부하기 동시전력의 합으로 할 때 전력 E₃는 식 (2.63)으로 나타낼 수 있다.

식 (2.63)의 첫 항인 유효전력분이 엔진에 걸리고, 이 식을 다시 부하투입시 발전기 효율 η′_{g}로 나눈 값 즉,

이 엔진에 걸리는 것이 된다.

식 (2.64)의 첫 항이 베이스 부하분이고 둘째 항이 투입부하분이다.

(나) 실용식의 유도 : 다음과 같은 값을 적용한다.

○ : 엔진의 단시간 최대 출력 (PU : 자기용량 베이스)

η′_{g} : 발전기 과부하기 효율

η′_{g} = 0.86

η_{b} : 베이스 부하의 효율

η_{b} = 0.85 이므로

(4) 엔진 출력계수 RE의 결정

RE는 RE₁, RE₂, RE₃중 최대의 것으로 한다.

(5) RE값의 조정

전 항에서 구한 RE 값이 1.3 ·D 값에 비해 현저히 큰 경우 대상부하와의 균형을 취한 RE 값을 선정하고 그 값이 1.3 · D에 근접하도록 조정한다. 이 경우 조정은 다음과 같이 한다.

(가) RE 값의 바람직한 범위

(나) 승강기 이외의 부하가 요인으로 과대한 RE값이 되는 경우

기동방식을 변경하고 (가)의 범위를 만족하도록 한다.

(다) 회생전력을 일으키는 승강기가 있는 경우

(가)의 범위를 만족하면서 회생전력을 발생시키는 승강기가 있는 경우, 이 회생 전력을 흡수할 수 있는가를 확인한다. 흡수할 수 없는 경우는 회생전력을 흡수하는 부하를 설치한다.

(6) 엔진의 축 출력

엔진의 축 출력은

이상으로 한다.

CP는 엔진 출력 보정계수로 그 값은 다음 표로 적용한다.

여기서 언급하고 있는 자가 발전설비의 출력 산정계산 방법은 발전기 효율 η_{g}를 표준값인 0.9 로 적용하여 계산하고 있으므로, 적용발전기 출력에 있어 소출력 발전기인 경우의 효율을 보정한다.

(7) 엔진 출력계수 (RE) 산출 수순

엔진 출력계수 (RE)의 산출방법은 전술한 바와 같으므로, 그 구체적 산출은 다음에 나타낸 계산표를 이용한다. 그 수순은 다음과 같으며 각 산출식에 사용하는 계수는 2.2.2.5. 절의 제원표에 의하도록 한다.

(가) 엔진 출력의 산출과 정합

부하표 및 발전기 출력 계산표를 기초로 아래와 같은 「자가 발전 설비 출력 계산표(엔진, 정합)」의 소정란에 해당수치를 기입하여 엔진 출력을 산출하고 발전기 출력과 엔진 출력의 정합을 확인한 후 자가 발전설비 출력을 구한다.

(나) RE₁ = 1.3 · D

(41) : D 2.2.2.5. 절 (1), (가)에서 구하여 기입

(58) : 상기의 계산결과를 RE₁으로 한다.

(다) 엔진 종별에 의한 RE₂

가) 디젤 엔진의 경우

(60) : [k_{s}/Z_{m}']cosθs

M₂'에서의 [k_{s}/Z_{m}']cosθs 값을 기입

(19) : M₂′

(61) : 상기의 계산결과를 RE2로 한다.

나) 가스터빈의 경우

(62) :상기의 계산결과를 RE₂로 한다.

(라) RE3 = [1/○]{1.368 · d + (1.16 [k_{s}/Z_{m}'] cosθ_{s} - 1.368 · d ) [M3'/K]}

(63) : ○ 2.2.2.5. 절의 (3)에서 구한다.

(64) : [k_{s}/Z_{m}']cosθ_{s}

M₃에서의 [k_{s}/Z_{m}']cosθ_{s} 값을 기입

(22) : M₃'

(65) : 상기의 계산결과를 RE₃으로 한다.

(마) RE를 구한다.

(66) : (58), (61) 또는 (61) 및 (65)중 최대값을 RE로 한다.

또한, 1.3·D ≤ RE ≤ 2.2를 만족하여야 함.

(바) 엔진 정격 출력

(67) : 엔진 출력 보정계수 CP는 (6) 항의 표에서 구하여 기입

(68) : 상기의 계산결과를 엔진계산출력 (68)로 한다.

(69) : (68)위 산출값 이상의 값을 엔진 정격 출력 (68)로 한다.

(사) 정합

소방용 설비 등의 비상 전원으로서 유효 적절한 자가발전설비의 설정을 위해서는, 발전기 출력과 엔진 출력에는 일정한 관계가 있으므로 적절한 조합을 할 필요가 있다. 발전기 정격출력 (57)과 엔진 정격출력 (69)의 값이 식(2.68)의 관계에 있는 경우 당해 출력은 자가발전설비의 정격출력으로 한다.

2.2.2.5. 제원표

(1) 자가 발전설비의 출력계산용 제원치

(가) 부하기기

<표2.5> 부하기기

(나) 고조파 발생 부하기기

<표2.6> 고조파 발생 부하기

(다) 저압 전동기

<표2.7> 저압 전동기

① : 5.5kW 미만

② : 5.5 kw 이상 11 kW 미만

③ : 5.5 kW 이상 30 kW 미만

④ : 30 kW 이상

(라) 고압 전동기

<표2.8> 고압 전동기

(마) 승강기

<표2.9> 승강기

(2) 발전기 출력 계산용 제원표

<표2.10> 발전기 출력 계산용 제원표

(3) 엔진 출력 계산용 제원표

<표2.11> 엔진 출력 계산용 제원표

제3장 본 연구에서 NEGA C 201 방식의 적용방안

3.1. 대상부하 구분 (정전시 부하와 화재시 부하의 구분)

일반적으로 비상발전기에 연결되는 부하는 입주자의 편의를 위한 정전시 부하와 화재가 발생하였을 때 소방에 필요한 부하로 나누어 고려할 수 있다. 이에 따라, 발전기의 용량을 고려할 때에도 정전시와 화재시로 구분하여 용량을 산출할 필요가 있다. 정전시 부하와 화재시 부하를 구체적으로 열거하면 다음과 같다 :

정전시 부하 : 승강기, 급수펌프, 배기팬·배수펌프, 공용부분 전등전열, 옥외등·공동구 및 관리소의 전등전열, 오수정화시설 및 액화가스저장시설 등

화재시 부하 : 승강기, 소화수펌프, 스프링쿨러, 비상등, 유도등 및 비상콘센트등




3.2. NEGA C 201 방식 적용시 동시기동그룹 및 수용율 적용



3.2.1. 동시기동그룹의 결정

NEGA C 201 방식에서는 대상부하들 중에서 동시에 기동되는 부하들을 하나로 묶어 마치 하나의 시설이 기동되는 것으로 간주하여 동시기동그룹을 결정하게 된다. 여기서, 동시기동그룹이란 전동기를 예로 들면 1 대의 전동기가 기동된 후 5 초 이내에 다른 1 대가 기동된다면 동시기동그룹으로 간주할 수 있음을 의미하는 말이다.

그러나, 다양하게 사용되는 부하들을 동시에 기동되는 그룹으로 구분한다는 것은 매우 어려운 일이다. 즉, 승강기의 경우, 어느 같은 시각에 운전중인 승강기들은 승강기 대수별 수용율을 적용시키면 되지만, 이것은 승강기 들이 어떤 시간에 같이 운전되고 있다는 확률을 나타내는 것이지 동시에 같이 기동된다는 것은 아니다. 또한, 급수펌프도 여러 대 설치되는 것이 일반적인 경우이고, 이 펌프들은 어느 시간에 2 대 정도는 운전중에 있게 되지만 2 대가 동시에 기동되는 것은 아니다. 그리고, 중간기계실에 설치되는 배기팬, 배수펌프 및 전등전열 또한 동시에 ON 되는 것은 아니기 때문에 부하실별로 동시기동그룹을 결정할 수 없다.

이와 같이 동시기동그룹의 결정은 매우 어렵기 때문에, 본 연구에서는 부하들의 운전 확률과 실제 운전패턴을 고려하고, 용량이 적은 부하들은 NEGA C 201방식에 의한 발전기 용량선정시 큰 요인으로 작용하지 않기 때문에 산출의 편의성을 감안하여 가능한한 하나로 묶는 방법으로 동시기동그룹을 결정하였다.

본 연구에서 결정한 동시기동그룹과 그에 대한 설명은 다음과 같다 :

(1) 승강기

전체 설치된 승강기 들을

10 대 이상 설치시 4 : 3 : 3

10 대 미만 설치시 5 : 5

의 비율로 그룹짓되, 큰 용량의 승강기 우선으로 구성한다.

이것은 전체 승강기들 가운데 어느 순간에 동시에 기동될 확률을 50 %라 보고, 동시에 기동되는 승강기 들도 최저층에서 전부하로 상승되는 경우(기동 kVA의 100%) 뿐 아니라 거꾸로 최상층에서 전부하로 하강하는 경우(기동 kVA의 50 %)도 있을 것이므로 그 평균값으로 기동 kVA의 75%를 고려하여, 동시기동되는 승강기를 최저층에서 전부하로 상승될 때로 환산하면 전체 승강기의 0.5xO.75 = 0.38, 즉, 38 %의 승강기가 동시에 최저층에서 전부하로 동시에 상승된다고 생각할 수 있다. 결국 4 : 3 : 3의 비율로 동시기동 그룹을 구성하게 되며, 용량이 큰 승강기를 우선적으로 고려하여, 동시기동그룹 구성에 충분한 여유를 준 것이다. 그리고, 10대 미만인 경우에는 전체 용량 가운데에서 승강기 한 대가 차지하는 비율이 상대적으로 크므로 충분한 여유를 주어 5 : 5의 비율로 본 것이다.

이 때, 적용되는 전동기 용량은 다음 <표3.1>과 같이 적용한다. 이 용량은 승강기의 실제 운전시 측정된 기동 kVA를 고려하여 산출한 값이다. (참조 : 대한주택공사 연구보고서, '인버터 승강기의 동력설비 용량산정 및 고조파 해석에 관한연구', 1993년)

<표3.1> 인버터 승강기에 적용되는 전동기 출력 [kW]

만일 승강기에 time delay 회로를 부착한 경우에는, 정전후 발전기가 가동되어 전원이 투입될 때 승강기들이 순차적으로 기동되어 여러 대가 동시에 기동되는 일은 피할 수 있게 되므로, 모든 승강기는 따로 동시기동되는 그룹으로 보아야할 것이다.

(2) 급수 펌프

각 급수모터 1 대씩 별도로 구성한다.

3 대 또는 4 대가 설치되어 있는 급수펌프의 경우 실측에 의하면, 같은 시각에 2 대가 같이 운전되는 경우가 있었으나 5 초의 사이를 두고 2 대가 동시에 기동되는 경우는 없었다. 따라서, 1 대씩 별도의 동시기동그룹으로 구성하였다.

(3) 소화수 펌프

화재시를 대비하여 별도 그룹으로 구성하며, 소화수펌프와 스프링쿨러를 같은 그룹으로 구성한다.

(4) 배기팬 및 배수 펌프

용량이 매우 작으므로 하나의 그룹으로 간주한다. 그러나, 실제로 동시기동되지는 않으므로 실제 계산에는 의미가 없다.

(5) 각종 전등전열류

기동시 점등 kVA가 적으므로 모두 하나의 동시기동그룹으로 간주한다. (공용부분, 옥외보안등, 공동구, 복지관 등의 전등전열 포함)

(6) 오수정화조

Blower 펌프는 보통 큰 용량과 작은 용량의 전동기 2 대가 한 묶음으로 운전되고 타이머를 설정하여 또다른 2 대의 전동기 묶음과 교대 운전하게 되므로, 큰 용량과 작은 용량의 전동기 2 대는 동시에 기동될 수 있는 것으로 간주하여 하나의 동시기동그룹으로 구성하고, 기타 수중점프·Scraper·팬·조작전원 및 전등전열 등을 모두 묶어 별도의 동시기동그룹으로 구성한다.

(7) 액화가스 저장시설

별도 그룹으로 구성한다.



3.2.2. 수용율 결정

본 연구에서는 정전시 용량과 화재시 용량을 구분하여 산출하므로, 적용되는 수용율도 각각 따로 고려한다.

(1) 정전시 수용율 적용

정전시 가동되는 발전기는 정상적으로 운전되는 부하들이 고려된다는 점을 감안하면, 변압기의 용량을 산출할 때 적용하는 수용율을 그대로 적용해도 문제되지 않는다. 즉, 단순한 정전시에는 발전기는 변압기를 대신하는 역할을 하는 것이기 때문에 용량산출시 적용하는 수용율도 변압기의 경우와 같게 고려한다. 이에 대해서는 "설계지침서"에 나타난 대로 다음과 같이 적용한다.

(가) 승강기 : 대수별 수용율 적용 (사용빈도 큼 적용)

(나) 기타 부하 수용율 52 % 적용

(2) 화재시 수용율 적용

화재시 부하는 모든 소방부하가 전부하로 운전될 수 있어야 한다는 점을 고려하면, 100 % 의 수용율로 적용되어야 한다. 이 경우 승강기는 단지내의 모든 동에서 화재가 발생된다고는 볼 수 없기 때문에 승강기 대수별 수용율을 적용한다. 부하별로 적용하는 수용율은 다음과 같다 :

(가) 승강기 : 정전시와 동일하게 대수별 수용율 적용 (사용빈도 큼 적용)

(나) 기타 전 소방부하 : 수용율 100 % 적용 (소화수펌프, 스프링쿨러, 비상등, 유도등, 비상콘센트 등)



3.2.3. 고조파 발생부하 R

대상부하중 고조파 발생부하는 승강기 뿐이며, 승강기의 실제 운전상황을 고려하여 승강기의 대수별 수용율을 적용하고 환산요율(1.224)을 고려하여 산출한다. (NEGA C 201 방식에 의함)




3.3. 단지별 실제 계산결과 및 분석

본 연구에서는 기존의 방식에 의해 산정된 발전기가 설치된 7 개 대상단지에 대해, NEGA C 201 방식, 상기한 바와 같은 정전시와 화재시의 구분, 이에 따른 동시기동그룹 구성 및 수용율 등을 고려하여 다음 <표3.2>와 같이 비상발전기의 용량을 산출하였다. 이 때, 대상단지는 대규모(약 1,500세대),중규모(약 1,000세대), 소규모(약 500세대)의 단지를 선택하여 결과를 비교하였다. 용량계산은 한글 EXCEL을 이용하였고, 부록에 실제 계산내용을 첨부하였다.

<표3.2>에 나타난 바와 같이 정전시와 화재시로 구분하여 용량을 산정하였을 때, 화재시의 용량으로 인해서도 발전기의 용량이 결정됨을 알 수 있다. 또한, 단지 규모가 작은 경우에는 전체 대상부하중 승강기가 차지하는 비율이 크게 되어 용량이 커지게 된다. (별첨 부록 참조)

기존 용량과 비교해 보면 대체로 1 - 2 등급 아래 용량의 발전기가 선정됨을 알 수 있다. 이것은 승강기가 VVVF 방식으로 구동되어 이에 해당하는 계산방식과 값을 사용하였기 때문이다.

실측결과와의 비교에서는 선정된 발전기 용량(kVA)에 비해 실측값(kVA)이 28.0 % - 55.5 % 에 해당하는 값을 보이고 있는데, 이러한 큰 차이는 용량산정방식 자체가 최악의 조건을 가정한 것이기 때문이다. 그러나, 이 비교는 실제로 큰 의미를 가지지는 않는다. 왜냐하면, 실측값들은 약 1 주일 정도 대상부하의 실제사용량을 실측한 것으로서, 평균 사용전력이 아니라 순간적인 피크값(측정간격 1초)이기 때문이므로, 측정된 평균 사용전력은 선정된 발전기 용량(설계값)에 비해 1/5 이하가 된다.

한편, 엔진용량에 대해서는 부록에 나타낸 바와 같이, 선정된 발전기 용량에 적정한 상수만을 곱하여 구하게 되는 기존의 엔진출력 산정방식으로 계산하여도 정합율이 모두 1 보다 작게 나타나 큰 문제가 없는 것으로 나타났다.

<표3.2> NEGA 방식에 의한 발전기 용량 선정값과 기존 설계값 및 실측값과의 비교

제4장 결론

4.1. 연구 결과

본 연구에서는 공동주택에 설치되는 비상발전기의 용량산정 방식에 대해 NEGA C 201 방식을 근간으로 검토하였으며, 500호 - 1,500호 정도의 대·중·소규모 단지를 대상으로 비상발전기의 용량을 산출하였다. 비상발전기의 용량산정에 있어서 본 연구에서 제시하는 방법은 다음과 같다.

- 발전기용량 산출시 NEGA C 201 방식을 적용하되, 대상부하를 "정전시 부하"와 "화재시 부하"로 구분하여 계산하며, 이 중 큰 것으로 용량을 결정한다.

- 동시기동그룹은 다음과 같이 구성한다.

o 승강기 : 10 대 이상 4 : 3 : 3 비율,

10 대 미만 5 : 5 비율

큰 용량 우선으로 구성.

o 급수 펌프 : 각 급수모터 1 대씩 별도로 구성.

o 소화수 펌프 : 소화수펌프와 스프링쿨러를 하나의 그룹으로 구성.

o 배기팬 및 배수 펌프 : 용량이 매우 작으므로 하나의 그룹으로 간주.

o 각종 전등전열류 : 기동 kVA가 없으므로 모두 하나의 동시기동그룹으로 간주.

o 오수정화조 : blower 펌프류, 기타 부하를 별도의 동시기동그룹으로 2 그룹 구성.

o 액화가스 저장시설 : 별도 그룹으로 구성.

- 수용율은 정전시와 화재시로 구분하여 적용한다.

o 정전시 수용율 : 변압기의 용량을 산출할 때와 같이 승강기는 대수별 수용율 적용하고, 기타 부하는 종합수용율 52 %를 적용한다.

o 화재시 수용율 승강기는 대수별 수용율을 적용하고, 기타 전 소방부하는 100 %로 적용한다.




4.2. 건의

- 인버터 승강기 등 부하 특성의 변화에 따라 비상발전기 용량산정방식으로 NEGA C 201 방식을 도입할 것을 건의함.

4.3. 기대효과 및 활용방안

(1) 기대효과

- 비상발전기 용량의 적정설계

- 비상발전기 사용의 안정성 및 신뢰성 제고

(2) 활용방안

- 설계부서에서 설계지침으로 활용

- 국내 유관 기관의 관련 법규 및 규정 개정의 기초자료로 활용

- 설계사무소와 민간업체에도 확대적용 유도

- 국내 발전기 제작업체의 기술수준 향상 유도




4.4. 향후 과제

- 승강기에 time delay 회로 적용에 관한 연구

- 급수펌프의 효율적인 운전을 위한 연구

부 록

부록 1. NEGA C 201 방식을 이용한 실제 단지 계산(Page 1. ~ 65.)(SB6 단지 (장+사 1,651호)1. 정전시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (정전시이므로 일반적으로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률

2. 화계시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (화재시이므로 승강기를 제외하고는 l00%로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률 MR = 0.74

3. 발전기용량 결정(1) 정전시 400 [kW]

(2) 화재시 450 [kW]

(3) 결정값 [450 [kW]로 선정

(4) 기존 용량과의 비교

517.25 [kW]로서 500 [kW]급으로 선정하였으므로 한 등급 아래의 용량이 됨.

(5) 실측값과의 비교

7/26 - 8/3 (8 일간)의 최대 사용량

- 용량결정에서 화재시의 용량으로 결정된 것은 소화수와 스프링쿨러가 동시에 시동되고, 상당히 큰 용량의 비상등(173.7kVA)의 수용율이 l00 % 로 산정되었기 때문임.

SD 단지 (1, 445호)1. 정전시 발전기용량(1) 통시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (정전시이므로 일반적으로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률

2. 화재시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (화재시이므로 승강기를 제외하고는 100%로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률 MR = 0.61

3. 발전기용량 결정(1) 정전시 300 [kW]

(2) 화재시 250 [kW]

(3) 결정값 300[kW]로 선정

(4) 기존 용량과의 비교

404.81 [kW]로서 400[kW]급으로 선정하였으므로 한 등급 아래의 용량이 됨.

(5) 실측값과의 비교

KD 단지 (1,133호)1. 정전시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (정전시이므로 일반적으로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률

2. 화재시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (화재시이므로 승강기를 제외하고는 100%로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률 MR = 0.59

3. 발전기용량 결정(1) 정전시 250 [kW]

(2) 화재시 200 [kW]

(3) 결정값 250 [kW]로 선정

(4) 기존 용량과의 비교

349.9 [kW]로서 350 [kW]급으로 선정하였으므로 두 등급 아래의 용량이 됨.

(5) 실측값과의 비교

SW 단지 (984호)1. 정전시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (정전시이므로 일반적으로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률

2. 화재시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (화재시이므로 승강기를 제외하고는 l00%로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률 MR = 0.74

3. 발전기용량 결정(1) 정전시 200 [kW]

(2) 화재시 200 [kW]

(3) 결정값 200 [kW]로 선정

(4) 기존 용량과의 비교

302.3 [kW]로서 300 [kW]급으로 선정하였으므로 두 등급 아래의 용량이 됨.

(5) 실측값과의 비교

JY 단지 (925호)1. 정전시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (정전시이므로 일반적으로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률

2. 화재시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용률 적용 (화재시이므로 승강기를 제외하고는 100%로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률 MR = 0.74

3. 발전기용량 결정(1) 정전시 250 [kW]

(2) 화재시 200 [kW]

(3) 결정값 250 [kW]로 선정

(4) 기존 용량과의 비교

307.03 [kW]로서 300 [kW]급으로 선정하였으므로 한 등급 아래의 용량이 됨.

(5) 실측값과의 비교

CS 단지 (근534+분59호)1. 정전시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (정전시이므로 일반적으로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률

2. 화재시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (화재시이므로 승강기를 제외하고는 100%로 고려함.

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률 MR = 0.63

3. 발전기용량 결정(1) 정전시 200 [kW]

(2) 화재시 150 [kW]

(3) 결정값 200 [kW]로 선정

(4) 기존 용량과의 비교

187.92 [kW]로서 200 [kW]급으로 선정하였으므로 같은 용량이 됨.

(5) 실측값과의 비교

- 설계값이 큰 이유는 급수와 소화수가 없어, 승강기가 대부분을 차지하기 때문임.

BY 단지 (474호)1. 정전시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용률 적용 (정전시이므로 일반적으로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률

2. 화재시 발전기용량(1) 동시시동그룹 및 대상부하

(2) M2, M3, M2', M3' 선정

(3) 수용율 적용 (화재시이므로 승강기를 제외하고는 100%로 고려함.)

(4) RG 계산

(5) 발전기용량선정

(6) RE 계산

(7) 엔진용량선정

(8) 정합률 MR = 0.74

3. 발전기용량 결정(1) 정전시 200 [kW]

(2) 화재시 250 [kW]

(3) 결정값 250 [kW]로 선정

(4) 기존 용량과의 비교

271.97 [kW]로서 300 [kW]급으로 선정하였으므로 한 등급 아래의 용량이 됨.

(5) 실측값과의 비교

- 이렇게 많은 차이가 나는 것은 급수모터를 용량 큰 것으로 하나 만을 설치하였고,

소화수 펌프와 스프링쿨러가 용량이 크며, 동시에 시동되는 것으로 보고 설계하였기 때문임.

참 고 문 헌

 , 인버터 승강기의 동력설비 용량산정 및 고조파 해석에 관한 연구 대한주택공사 , 1993 

 , 전기 통신 설계지침서 대한주택공사 , 1995 

 , 전기공사 표준시방서  대한주택공사 , 1995 

 , 전기관계법령집 대한전기협회 , 서울 : 대한전기협회 출판부 , 1993 

 , 내선규정  대한전기협회 , 서울 : 대한전기협회 출판부 , 1993 

 , 디젤엔진 구동 육상용 동기발전기 KEMC1111(JEM-1354 , 한국 전기공업협동조합 , 1989)1978 

지철근 , , 건축전기설비 서울:문운당 ,

 , 自家發電設備 出力算出方法解說書(Q&A付) 社團法人 日本內燃力發電設備協會 , (消防廳豫防果 監修) ,

日本 電設工業 , , ツリ-ズ解說 最近の 消防法 および 同政令 規則に關する通知 (その 1) 3월호) , (日本 電設工業 , 1989년 

日本 電設工業 , , 自家發電設備の 出力算定に 關する 100號通知の -部改正について 8월호 , (日本 電設工業 , 1990년 

東京電氣大學出 販局 , , 防災電氣ハンドブック (東京電氣大學出版局 , 1978) 

 , デイゼルエンヅソ驅勳 陸用 同期發電機 日本 電氣工業協會規格 , 1982)1986년 

山仲敬二 , , 力率改善に 關する Q &A 9월호) , (電設工業 ,

 , 電氣設備工事設計施工マニュアル 電氣設備工學會 , (才-ム社 , 1979) 

 , 自家用電氣技術ハンドブック 電氣誤備工學會 , (才-ム社 , 1980)