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전기설비기술기준 5강. 발전소와 특수설비

규정이 유난히 깐깐해지는 자리에는 언제나 그럴 만한 사고가 먼저 있었습니다.

풀고 시작

문제 1. 배전선로가 정전되어 복구 작업자가 선로에 올라갔습니다. 그런데 그 선로에 연결된 태양광 발전설비가 계속 전기를 내보내고 있다면 무엇이 가장 큰 문제일까요?

계통이 죽었는데 분산형 전원이 그 구간을 살려두는 상태를 단독운전이라고 하고, 여기서 가장 먼저 위험해지는 사람은 선로가 죽었다고 믿고 올라간 작업자입니다. 4번은 태양광 모듈이 직류를 만든다는 사실만 보고 판단하면 그럴듯하지만, 인버터를 거쳐 교류로 계통에 나가기 때문에 틀립니다. 1번과 2번은 실제로 일어날 수 있는 부수적 현상이라 헷갈리기 쉬우나, 규정이 단독운전을 막는 이유는 사람의 안전입니다.

변전소 울타리는 장식이 아닙니다

변전소 앞을 지날 때 보이는 철망 울타리와 노란 경고판을 한 번쯤 보셨을 겁니다. 저 안쪽은 사람이 충전부에 손을 대지 않아도 위험한 공간입니다. 특고압에서는 가까이 다가가는 것만으로 공기가 절연을 잃고 아크가 튀기 때문입니다. 그래서 규정은 발전소와 변전소, 개폐소처럼 고압 이상의 기계기구를 모아둔 곳에 울타리나 담을 두르고, 출입구에는 잠금장치를 걸고, 위험하다는 표시를 하도록 요구합니다. 울타리 높이나 지표면과 울타리 아래 사이의 간격, 전압이 높아질수록 더 멀리 떨어뜨려야 하는 거리는 규정이 조건별로 값을 정해두고 있으니 시행 시점의 규정으로 확인하셔야 합니다.

물리적으로 막는 것만으로는 부족합니다. 사고는 사람이 없을 때 더 조용히 커지죠. 그래서 규정은 감시와 보호를 함께 요구합니다. 기술원이 상주하며 감시하는 곳이 있고 사람이 상주하지 않는 곳이 있는데, 상주 감시를 하지 않는다면 이상이 생겼을 때 스스로 회로를 끊거나 원격지에서 감시하고 제어할 수 있는 장치를 갖추어야 합니다. 사람이 없다고 규정이 느슨해지는 것이 아니라, 사람 대신 장치가 그 일을 하도록 요구하는 셈입니다.

일방통행이던 배전선로가 양방향이 되었습니다

기존 배전선로는 일방통행 도로였습니다. 발전소에서 만든 전기가 변전소를 거쳐 수용가로 흘러가고, 보호장치도 그 방향을 전제로 설계됐죠. 그런데 지붕마다 태양광이 올라가고 공장 옆에 연료전지가 들어서면서 전기가 반대로 거슬러 올라가기 시작했습니다. 이것이 분산형 전원이고, KEC가 새로 자리를 마련해 다루게 된 영역입니다.

가장 무서운 문제는 단독운전입니다. 상위 계통이 정전됐는데도 분산형 전원이 자기가 붙어 있는 구간에 계속 전기를 내보내는 상태를 말합니다. 선로가 죽은 줄 알고 올라간 복구 작업자에게는 살아 있는 선로가 기다리고 있는 셈이죠. 게다가 계통이 복구되며 재폐로될 때 위상이 맞지 않으면 발전기와 설비가 함께 상하게 됩니다. 그래서 규정은 분산형 전원이 계통의 전압과 주파수 이상을 검출해 스스로 분리하도록, 즉 단독운전 방지 기능을 갖추도록 요구합니다. 여기에 역조류로 인한 전압 상승 억제, 직류 유출 방지, 계통 보호장치와의 협조가 함께 따라옵니다.

ESS가 자기 자리를 갖게 된 이유

전기저장장치, 흔히 ESS라고 부르는 설비가 규정에서 따로 다뤄지게 된 데에는 이유가 있습니다. 국내에서 ESS 화재가 연이어 발생하면서, 이것이 그저 전기설비가 아니라 에너지가 가득 담긴 화학 저장고라는 사실이 드러났기 때문입니다. 리튬 계열 이차전지는 한 셀에서 시작된 이상 발열이 옆 셀로 번지는 열폭주를 일으키고, 그렇게 붙은 불은 전원을 끊어도 스스로 타들어 갑니다.

그래서 규정이 요구하는 것은 두 갈래입니다. 하나는 감시입니다. 전압과 전류, 온도를 계측하고 이상이 감지되면 자동으로 회로를 차단하도록 합니다. 다른 하나는 격리입니다. 사람이 상시 머무는 공간과 분리된 장소에 두고, 환기와 화재 감지, 소화 대책을 갖추고, 관계자 외의 접근을 제한하도록 합니다. 전기자동차 충전설비도 결이 비슷합니다. 비를 맞고 케이블이 밟히는 환경에서 큰 전류를 오래 흘리기 때문에, 전용 분기회로와 누전 보호, 확실한 접지, 설치 장소에 맞는 방수와 충격 보호를 요구합니다.

규정이 유난히 깐깐해지는 두 장소

어떤 장소에서는 규정이 유난히 깐깐해집니다. 첫째는 폭발 위험 장소입니다. 가연성 가스나 인화성 액체의 증기, 분진이 떠다니는 곳에서는 스위치 접점에서 튀는 작은 불꽃 하나가 점화원이 됩니다. 그래서 위험한 정도와 그 상태가 이어지는 시간에 따라 장소를 등급으로 나누고, 등급에 맞는 방폭구조 기기와 배선 방법만 쓰도록 제한합니다. 평소라면 아무 문제 없는 배선이 여기서는 금지되는 것이죠.

둘째는 의료 장소입니다. 심장에 직접 카테터가 들어간 환자에게는 평소 사람이 느끼지도 못할 만큼 작은 전류가 치명적일 수 있습니다. 그래서 의료 장소는 시술의 성격에 따라 그룹으로 나뉘고, 위험이 가장 큰 그룹에는 의료 IT 계통을 적용합니다. IT 계통은 충전부를 대지에서 절연하거나 임피던스를 통해 접속하는 방식이라, 한 곳에서 지락이 생겨도 전원이 곧바로 끊기지 않습니다. 수술 도중의 정전이 감전만큼 위험하기 때문이죠. 대신 절연 상태를 늘 지켜보는 장치와 등전위본딩이 함께 들어갑니다. 보호도체를 녹황 조합으로만 쓰고 다른 용도로 돌려쓰지 못하게 한 원칙도, 이런 곳에서는 곧장 생명과 이어집니다.

인출 문제

문제 1. 발전소나 변전소에서 기술원이 상주하며 감시하지 않는 경우, 규정이 요구하는 방향으로 가장 알맞은 것은 무엇일까요?

사람이 없다고 요구가 느슨해지는 것이 아니라, 사람이 하던 감시를 장치가 대신하도록 요구하는 것이 규정의 방향입니다. 그래서 이상 시 자동 차단이나 원격 감시제어 설비가 뒤따릅니다. 1번은 상주 감시가 없으면 규제도 줄어든다는 흔한 오해이고, 3번은 접근 제한과 감시를 맞바꿀 수 있다고 착각한 진술이며, 4번의 전압 강하는 규정이 요구하는 대체 수단이 아닙니다.

문제 2. 분산형 전원의 단독운전 방지 기능이 동작해야 하는 상황을 가장 정확하게 설명한 것은 무엇일까요?

단독운전은 계통이 죽었는데도 분산형 전원이 그 구간을 살려두는 상태를 말하고, 복구 작업자의 감전과 위상이 어긋난 재폐로가 이때 벌어집니다. 1번은 단독운전을 혼자 발전하는 상태로 오해한 진술이고, 2번은 출력 제한에 해당하는 다른 기능이며, 4번은 정상 상태에서 계속 붙어 있어야 한다는 연계 운전의 원칙을 거꾸로 뒤집은 진술입니다.

문제 3. 전기저장장치에 전압과 전류, 온도를 계측하고 이상 시 자동으로 차단하도록 요구하는 취지로 가장 알맞은 것은 무엇일까요?

이차전지 화재는 전원을 끊어도 스스로 타들어 가기 때문에, 규정은 불이 붙기 전 단계인 이상 발열을 잡는 감시와 차단을 요구합니다. 3번은 실제로 운영자가 신경 쓰는 일이라 그럴듯하지만 안전 규정의 취지가 아니고, 2번과 4번은 계측 데이터를 실제로 활용하는 용도이긴 해도 규정이 계측을 강제하는 이유와는 다릅니다.

문제 4. 의료 장소 가운데 위험이 가장 큰 그룹에 의료 IT 계통을 적용하는 이유로 가장 알맞은 것은 무엇일까요?

심장에 직접 기구가 들어간 환자에게는 아주 작은 전류도 치명적이지만, 수술 도중의 정전 역시 그에 못지않게 위험합니다. IT 계통은 충전부를 대지에서 절연하거나 임피던스를 통해 접속하므로 1차 지락에서 전원이 유지되고, 대신 절연감시장치와 등전위본딩이 함께 따라붙습니다. 1번은 비접지를 곧 무위험으로 오해한 진술이고, 3번은 의료기기 내부 전원과 계통 방식을 혼동한 것이며, 4번의 비용 절감은 이 방식을 택하는 이유가 아닙니다.

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