산업용 전력 배전 시스템 종합 가이드: 신뢰성 높은 솔루션과 모범 사례

산업체 전력 배전 – 알아야 할 모든 것

오늘은 전기 패널이 버스바, 차단기, 미터기 등 다양한 장비를 수용하며 전력 배전에 주요 역할을 하는 산업 현장으로 안내하겠습니다. 이 패널들은 산업체 각 구역에 분산되어 개별 설치 시스템에 전력을 공급하며 케이블 덕트로 연결됩니다. 이 개념을 간략히 살펴보겠습니다.

산업체 전력 배전 구조

산업용 전기 시스템에서 전력은 사설 또는 공공 설비(또는 둘 다)에서 공급됩니다. 공급 전압은 11kV, 33kV, 66kV, 132kV 범위입니다. 이 고전압은 강압 변압기로 저전압으로 낮춰집니다.

440V 이하 전압을 저압(Low Tension, LT) 시스템이라 합니다. 이 강압 전압은 개폐장치(Switchgear) 배치를 통해 각종 패널과 장비로 공급됩니다. 개폐장치에는 전기 스위치, 차단기, 퓨즈, 보호 장비, 계량판 등이 포함됩니다.

아래 그림은 전력 배전 계통도입니다. 이 모델은 주로 대형 및 중형 산업체에 적용됩니다. 경우에 따라 서브 LT 패널 없이 LT 패널에서 SDB로 직접 공급하기도 하며, 공급 구역 크기와 공급 대상 유닛/구역 수가 주요 고려사항입니다. 위 그림의 전력 배전 모델 요소에는 LT 패널, 서브 LT 패널, SDB(서브 배전반), PDB(동력 배전반), LDB(조명 배전반)이 포함됩니다.

여러 변압기 출력이 LT 패널로 공급되며, 이는 전체 배전 시스템의 메인 스위칭 시스템 역할을 하며 총 부하 수요를 감당합니다. LT 패널 내부 요소는 뒤에서 자세히 다룹니다. LT 패널의 출구 피더는 서브 LT 패널로 연결되며, 이들은 특정 구역의 부하 그룹에 전력을 공급하기 위해 배치됩니다.

서브 LT 패널 인커머는 SDB에 공급되며, SDB는 전기 노, 호이스트 등 기계 그룹 부하(다양한 PDB 연결)에 전력을 공급합니다.

PDB는 부하를 전원에 실제 연결하는 지점으로, 개별 기계가 직접 전원에 연결됩니다. PDB에서 분기된 전력은 LDB로 공급되어 가로등(간단 가로등 프로젝트 참조), 작업장 조명, 콘센트 등 조명 설비에 전력을 공급합니다.

배전 시스템의 모든 패널은 적절한 접지/그라운딩으로 기기와 작업자를 보호합니다.

저압(LT) 패널

배전 양측의 개폐장치는 금속 밀폐 구조인 LT(저압) 패널에 수용됩니다. LT 패널은 변압기에서 전력을 받아 각종 서브 LT 패널로 분배합니다. 430V, 3상, 50Hz, 3선식 또는 4선식 시스템으로 정격됩니다.

바닥 설치형 프리 스탠딩 유닛으로 완전 밀폐형 및 확장형입니다. 설계에 운전자와 유지보수 요원의 안전 조치가 모두 포함됩니다.

LT 패널 내부 연결은 아래 그림과 같습니다.

공기 차단기(Air Circuit Breaker, ACB)

정상 운전 시 수동 또는 원격으로 회로를 개폐하고, 고장 시 자동으로 차단합니다. 3/4극 타입이며 정격은 부하 전류(또는 차단 용량)에 따라 결정되고, 인출형 또는 고정형이 가능합니다.

ACB(공기 차단기)는 볼트 타입 중성 링크로 단자 연결용 버스바를 갖추고 있습니다. 과부하, 지락, 단락 보호를 위한 마이크로프로세서 시스템이 장착되어 있습니다. CT, 램프, 아미터, 볼트미터 등을 이용해 필요한 표시와 계량 기능도 제공합니다.

버스바와 연결

버스바는 고전도도 구리로 제작되며(비용 절감 위해 알루미늄 버스바 사용하기도 함). LT 패널은 메인 수평 버스바 시스템과 패널 배열용 버스바 앨리의 보조 수직 버스바로 구성됩니다.

출구 케이블은 패널 제조사에 따라 버스바에 고정 또는 플렉시블 연결됩니다. 모든 버스바는 승인된 방식으로 적절히 절연/슬리브 처리됩니다.

버스바는 변압기 단자에서 전력을 받아 패널 내 ACB, 커패시터 뱅크 개폐장치, 기타 연결 부하 등 각종 요소로 공급합니다. 버스바는 패널 상단, 하단, 또는 양쪽에 설치 가능하지만, 주로 상단 버스바가 변압기 전력을 받고 하단 버스바가 디젤 발전기(DG) 전력을 받습니다.

버스 커플러(Bus Coupler)

다른 전원의 버스바끼리(정격 동일해야 함) 아크나 전원 중단 없이 연결합니다. 동일 패널 내 다른 차단기 정비 시 전원 공급을 다른 쪽으로 우회시킵니다. ACB를 갖춘 개폐장치로 인터록 기능도 제공합니다.

커패시터 뱅크(Capacitor Bank)

버스바, MCCB, 튜닝 리액터, 커패시터 유닛, 컨택터, 계량 장비, 케이블로 구성된 별도 패널입니다. 자동 역률 보정 패널(APFC)이라고도 합니다. 이 패널은 ACB 등 개폐장치를 통해 LT 패널과 케이블로 연결됩니다.

커패시터와 리액터는 공랭식 실내형입니다. 커패시터 뱅크는 전원 양단에 연결되어 시스템 역률을 개선합니다. 커패시터는 보상할 무효 전력량에 따라 자동(프로그래머블 장치) 또는 수동(스위치)으로 투입/차단됩니다.

계량 및 표시

LT 패널의 전압계, 전류계, 역률계는 각종 파라미터를 표시하며 MCB로 보호됩니다. 모든 LT 패널에 각 상별 표시등(주로 LED)이 있어 활선/고장 상태를 표시합니다. 시동/정지 버튼도 계량 패널에 있어 전원 투입, 비상 정지 등 입력 명령용으로 사용됩니다.

서브 LT 패널(Sub-LT Panels)

LT 패널과 유사하나 정격이 다소 낮고, 변압기 근처가 아닌 산업체 특정 구역(조립 구역, 출하 구역 등)에 배치됩니다. LT 패널에서 전력을 받아 SDB로 분배하는 메인 역할을 합니다.

내부 회로는 LT 패널과 동일(버스바, 커패시터 뱅크 연결, ACB, 계량 패널 등, 버스 커플러는 대부분 미포함). 유틸리티 버스바 챔버와 DG(디젤 발전기) 버스바 챔버도 있어 일부 부하(SDB)를 유틸리티 전력 부족 시 DG 전원으로 전환 가능. 다만 대부분 DG 챔버는 LT 패널에 두고 서브 LT 패널에는 두지 않습니다. 서브 LT 패널에도 역률 개선용 커패시터 뱅크 또는 APFC 유닛 포함.

서브 배전반(Sub-Distribution Boards, SDB)

각종 제조사에서 표준화/커스터마이즈 설계로 공급합니다. SDB는 구리/알루미늄 버스바로 서브 LT 패널 또는 메인 LT 패널에서 전력을 받아 대용량 기계(전기 노, 칠러, 펌프, 오븐 등)와 PDB(동력 배전반)로 분배합니다.

ACB 또는 MCCB로 전력(인커머)을 받아 나가는 MCCB 또는 SDFU(스위치-단로-퓨즈)로 분배합니다. SDFU는 스위치와 퓨즈 링크(대용량 HRC 퓨즈)가 직렬로 된 기계적 구조로 수동 조작용입니다. 이 스위칭 유닛은 부하 스위칭, 격리, 단락 보호용입니다.

일부 SDB는 대용량 유도성 부하 공급용으로 커패시터 뱅크를 포함하여 역률을 개선합니다. SDB는 버스바를 이용해 내부 모든 SDFU와 장치 연결을 버스바 챔버로, 대용량 케이블로 출구 연결을 케이블 챔버로 가능하게 합니다.

각 부하 스위칭 칸에는 영구 식별 라벨, 표시등, 계량 장비(필요 시)가 구비됩니다. 아래 그림은 SDB 계통도입니다.

동력 배전반(Power Distribution Boards, PDB)

대형 건물에서도 볼 수 있는 각종 기계/장비에 전력을 분배하는 장치입니다. PDB는 단락 및 과부하 보호 시스템을 내장합니다. 다양한 고장 유형에 대해 대용량 차단기(CB)를 트립시키는 보호 계전기를 장착합니다.

PDB는 금속 함체에 다양한 MCB가 금속 고정구에 장착되어 모터 등 동력 설비 연결 및 LDB로 전력 분배를 겸합니다.

PDB는 각종 SDB에서 전력을 받아 인접 부하에 공급하므로 컨베이어 스위칭, 리프트/호이스트 기계, 펌프 제어 세트 등 관련 애플리케이션 근처에 배치됩니다.

• 참고: 가정용 3상 전기 배선 설치

고객 요구와 정격에 따라 벽부형 또는 바닥 설치형 가능합니다. SDB 인커머 외에 일부 PDB는 정전 시 장비 운용 연속성 확보를 위해 UPS(무정전 전원)를 보조 전원으로 갖추기도 합니다.

조명 배전반(Lighting Distribution Boards, LDB)

전기 배선 및 설치에서 최종 스위치보드이며, 조명, 에어컨, 소형 모터 스위칭, 블로워 등 휴대용 기기 콘센트 배전반 등 소규모 전기 부하 스위칭 구역에 위치합니다. 가정과 사무실에서도 볼 수 있는 저용도 스위칭 작업에 쓰입니다.

여기를 클릭하면 조명 배전반 배선도를 볼 수 있습니다.

LDB는 다양한 MCB로 구성되며 각 MCB가 개별 부하 스위치 역할을 합니다(경우에 따라 2개 이상 조명을 1개 MCB에 연결). 이 MCB들은 과부하와 단락으로부터 부하를 보호합니다. MCB는 금속 랙에 장착/고정됩니다. 이 보드들은 PDB에서 전력을 받아 조명 부하에 공급합니다. 대부분 벽부형 보드입니다.

참고: 전기 배선의 다양한 방법