25. 예비전원설비, 비상전원, 발전기 병렬 운전 조건, 발전기실 위치 선정, 무정전 전원 장치, UPS, 축전지, 설페이션 현상

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1. 상시전원의 전환

상시전원 정전 시에 상시전원에서 예비전원으로 전환하는 경우에는 그 접속하는 부하 및 배선이 동일한 경우는 양 접속점에 전환개폐기를 사용하며 수전용차단기와 발전용차단기 사이에는 전기적 또는 기계적으로 인터록을 시설하여야 한다.

2. 예비전원설비의 정의 및 구비조건

1) 예비전원시설의 정의

예비전원시설이란 정전 시의 비상용 전원으로 설비하는 저압 및 고압발전기 또는 축전지 등을 말하며 비상용 발전기류를 포함한다.

2) 예비전원 설비의 구비조건

(1) 비상용 부하의 사용목적에 적합한 방식일 것

(2) 높은 신뢰도

(3) 취급, 운전 및 조작 편리

(4) 경제성

3) 전원의 종류

(1) 특별 비상전원 : 상용전원을 정지시켰을 때 10초 이내에 자동적으로 부하에 전력을 공급할 수 있는 전원

(2) 일반 비상전원 : 상용전원을 정지시켰을 때 40초 이내에 자동적으로 부하에 전력을 공급할 수 있는 전원

3. 자가발전 설비

1) 예비 전원용 발전기와 부하 사이에 설치하는 기기

(1) 과전류 차단기 및 개폐기 : 각 극에 설치

(2) 전압계 : 각 상의 전압을 읽을 수 있도록 설치

(3) 전류계 : 각 선의 전류(중성선 제외)를 읽을 수 있도록 설치

2) 발전기 병렬 운전 조건

병렬운전 조건	문제점
기전력의 크기가 같을 것	무효순환전류(무효횡류)
기전력의 위상이 같을 것	동기화 전류(유효횡류)
기전력의 주파수가 같을 것	난조 발생
기전력의 파형이 같을 것	고조파 무효순환전류
상회전 방향 같을 것

3) 발전기실의 위치 선정

(1) 엔진 및 배기관의 소음, 진동이 주위에 영향을 미치지 않는 장소일 것

(2) 급/배기가 잘되는 장소 일 것

(3) 발전기의 보수 점검 등이 용이하도록 충분한 면적 및 충고를 확보할 것

(4) 엔진 기초는 건ㄴ물 기초와 관계없는 장소로 할 것

4) 발전기실 건물의 높이를 결정하는 데 반드시 고려해야 할 사항

(1) 발전기의 유지보수가 용이할 것

(2) 발전기 부속설비 (소음기, 환기설비) 의 높이 및 설치 위치

5) 자가용 전기설비 검사업무

(1) 절연 저항 시험

(2) 접지 저항 시험

(3) 절연 내력 시험

(4) 계전기 동작 시험

(5) 외관 검사

(6) 계측 장치 설치 상태 검사

(7) 절연유 내압 시험 및 산가 측정

(8) 보호 장치 시험검사

(9) 제어회로 동작 및 기기조작 시험

4. 무정전 전원 장치(UPS : Uninterruptible Power Supply)

1) UPS(Uninterruptible Power Supply) 의 개요

(1) 무정전 전원 공급장치

(2) 상시 : 교류 전원을 정류기(컨버터)를 이용하여 직류로 변환하고 축전지에 저장하고 인버터에 의하여 안정된 교류로 역변환하여 부하에 전력을 공급

(3) 정전 시 : 축전지가 방전하여 이것을 인버터로써 교류로 역변환하여 부하에 전력을 공급

2) UPS 구성도

(1) 정류 장치 (Converter) : 교류를 직류로 변환

(2) 축전지 : 정류 장치에 의해 변환된 직류 전력을 저장

(3) 역변환 장치 (Inverter) : 직류를 사용 주파수의 교류 전압으로 변환

3) 비상 전원으로 사용되는 UPS 블록 다이어그램

4) UPS 종류와 구성

(1) ON-LINE 방식

정상적인 교류입력전원을 공급받아 내장된 축전지 충전 및 인버터를 상시 동작시켜서 비상시에 무순단으로 전력을 공급하는 방식

(2) OFF-LINE 방식

정상시 교류입력전원을 사용하다가 정전되거나 입력전원이 허용치보다 낮을 경우에 인버터(UPS)를 사용하는 방식

(3) LINE INTERACTIVE 방식

입력되는 전원이 정상적인 경우에 출력전압을 일정하게 유지하도록 자동전압조정기능을 내장한(주로 4 탭 사용) 방식으로 ON-LINE 과 OFF-LINE 방식의 중간정도의 기술. 현재 주로 소용량의 UPS 에 적용하여 사용

5. 축전지 설비

1) 축전지 설비의 구성요소

(1) 축전지

(2) 충전 장치

(3) 보안 장치

(4) 제어 장치

2) 충전 방식

(1) 초기 충전

축전지에 전해액을 넣지 아니한 미충전 상태의 전지에 전해액을 주입하여 처음으로 행하는 충전

(2) 사용 중의 충전

① 보통 충전 : 필요할 때마다 표준 시간율로 소정의 충전을 한느 방식

② 급속 충전 : 비교적 단시간에 보통 전류의 2~3배의 전류로 충전하는 방식

③ 부동 충전 : 축전지의 자기 방전을 보충함과 동시에 상용 부하에 대한 전력 공급은 충전기가 부담하도록 하되 충전기가 부담하기 어려운 일시적인 대전류 부하는 축전지로 하여금 부담하게 하는 방식

④ 세류 충전 : 자기 방전량만을 항시 충전하는 부동 충전 방식의 일종

⑤ 균등 충전 : 부동 충전 방식에 의하여 사용할 떄 각 전해조에서 일어나는 전위차를 보정하기 위하여 1~3개월 마다 1회씩 정전압으로 10~12시간 충전하여 각 전해조의 용량을 균일화하기 위한 방식

⑥ 회복 충전 : 정전류 충전법에 의하여 전류로 40~50시간 충전시킨 후 방전시키고, 다시 충전시킨 후 방전시킨다. 이와 같은 동작을 여러 번 반복하게 되면 본래의 출력 용량을 회복하게 되는 충전 방식 (축전지의 과 방전 또는 방치상태에서 기능회복을 위하여 실시)

3) 축전지 용량 산출

4) UPS 용 축전지의 선정 관련 축전지 용량 산정에 필요한 조건

(1) 부하의 크기와 성질

(2) 예상 정전시간

(3) 순시 최대 방전전류의 세기

(4) 제어 케이블에 의한 전압강하

(5) 경년에 의한 용량 감소

(6) 온도 변화에 의한 용량 보정

5) 설페이션(Sulfation) 현상

납(연)축전지를 방전 상태에서 오랫동안 방치하여 극판상에 황산납이 회백색으로 변하고(황산화 현상) 내부 저항이 대단히 증가하여 충전 시 전해액의 온도상승이 크고 황산의 비중 상승이 낮으며 가스(수소) 발생이 심하게 되며 전지의 용량이 감소하고 수명이 단축되는 현상

(1) 설페이션 원인

① 방전 상태에서 장시간 방치하는 경우

② 방전 전류가 대단히 큰 경우

③ 불충분한 충전을 반복하는 경우

(2) 설페이션 현상

① 극판이 회백색으로 변하고 휘어짐

② 충전 시 전해액의 온도 상승이 크고 비중 상승이 낮으며 가스(수소) 발생이 심함

6. 축전지 종류

1) 연(납) 축전지

(1) 충방전 식 :

(2) 특성

① 공칭 전압 : 2.0 [V/cell]

② 공칭 용량 : 10시간율 [Ah]

③ 부동 충전 전압

CS형(클래드식 : 완 방전형) → 2.15[V]

HS형(페이스트식 : 급 방전형) → 2.18[V]

④ 알칼리 축전지에 비해

- 충전용량이 크고

- 셀(cell)당 공칭전압이 높고

- 효율이 좋고

- 단시간 대전류 공급이 가능

2) 알칼리 축전지

(1) 충방전 식 :

(2) 특성 :

① 공칭 전압 : 1.2 [V/cell]

② 공칭 용량 : 5 시간율 [Ah]

(3) 알칼리 축전지의 장단점

장점	단점
수명이 길다	납축전지보다 공칭 전압이 낮다
진동과 충격에 강하다	가격이 비싸다
충방전 특성이 양호하다
방전 시 전압 변동이 작다
사용 온도 범위가 넓다