더블 배선 공사의 실제와 사례

지난 회에는 회선 전체 또는 공장 전체에서 기설 저압 CVT 케이블의 더블 배선화로
어느 정도의 에너지 절약 효과를 거둘 수 있는지를 검증하는 방법을 구체적으로 설명했다.
이번에는 더블 배선 공사의 기본적인 개념을 설명하고
대규모 전선 공장의 2개의 케이블을 대상으로 더블 배선 공사를 한 사례를 소개한다.
또한 더블 배선 공사를 전후로 케이블에서 발생하는 통전손실을 계측하고,
이를 바탕으로 부하의 소비전력량에 대한 통전손실의 저감량 비율, 즉 에너지 절약률에 대해 검증했다.

마스오 카즈히코(益尾 和彦) 일본전선공업회, 무라마츠 요시타카(村松 佳孝) 전선종합기술센터
카와타 타카유키(川田 隆之) 쿠리하라공업, 하라 타케히사(原 武久) 간사이대학


더블 배선 공사의 기본적 개념

(1) 내선규정 1335-9 ‘전선의 병렬 사용’(권고)에 따라 기설 케이블과 추가 케이블은 동일한 도체, 동일한 사이즈, 동일한 길이로 한다.
또 동극의 각 전선의 터미널 러그는 동일한 도체에 2개 이상의 리벳 또는 2개 이상의 나사를 이용해 느슨해지지 않도록 확실히 접속한다(그림 1과 사진 1 참조).





  (2) 추가 케이블은 기설 케이블과 동일한 루트에 부설하는 것을 원칙으로 하고 최대한 밀착시켜 부설한다.
예를 들면 케이블 랙을 부설할 경우, 사이즈 업에 따른 전류용량의 증가를 고려하면 케이블 배열의 밀도를 증가(밀착 부설)시킬 수 있다.
때문에 다단 적층을 통해 랙의 폭을 확장하지 않고도 전류용량을 확보할 수 있다.
다만 열 방산이 지장을 받아 온도 상승으로 이어질 염려가 있기 때문에 다른 회로의 케이블과 밀착시켜 부설하는 것은 피하도록 해야 한다(그림 2 참조).



(3) 기설 케이블과 추가 케이블에 흐르는 각각의 전류값이 균형을 이루고 있어야 하며 3상의 전류값에 큰 불평형이 없음을 확인해 두어야 한다.

(4) 배관 부분에 추가 케이블을 입선할 경우 내선규정 3110-5 ‘관 두께의 선정’의 2 및 3에서 규정하는 점유율 48% 이하(또는 32% 이하)를 만족하는지를 확인해야 한다.
만약 그렇지 않은 경우에는 다시 다른 배관을 준비하여 입선해야 한다.

더블 배선 공사의 실시 사례

(1) CVT 60^□의 더블 배선 공사(사례 1)
그림 3과 같이 동력반에서 펌프반까지의 100m의 간선 케이블(CVT 60^□)에 더블 배선 공사를 실시했다.



펌프반에서 2대의 펌프(각 15kW)까지는 각각 CVT 22^□(10m, 전선관), CVT 22^□(15m, 전선관)로 연결되어 있다. 그림 3에 사진 2~4의 촬영 위치를 명기해 두었다.





더블 배선 공사에서 공사상의 문제점과 대응책은 다음과 같다.
① 동력반 내(사진 2 참조)
기설 케이블의 배선관에는 신설 케이블을 입선할 수 있는 여유가 없었지만 옆에 있는 주 간선 케이블의 배선관에 여유가 있어 신설 케이블을 이 배선관에 입선했다.
② 케이블 랙 위(사진 3 참조)
케이블 랙의 배선 공간에 여유가 있어 추가 케이블은 기설 케이블과 나란히 배선하여 문제없이 시공할 수 있었다.
③ 배선관·박스 내(사진 4 참조)
배관, 박스의 공간에 여유가 있어 모두 동일 배관, 동일 박스 내에 수납하여 문제없이 시공할 수 있었다.
또 이번에는 케이블의 굽힘 지름에 대해서는 고려하지 않았지만 실제로는 허용 굽힘 지름을 만족하는지의 여부를 확인해야 한다.
④ 더블 배선 전후의 전류 밸런스 확인
더블 배선 전후의 전류 밸런스, 즉 3상간의 밸런스 및 기설과 추가 양 케이블의 밸런스가 잘 맞는지를 확인하기 위해 더블 배선 전후의 전류값을 계측했다.
표 1, 2에 그 결과를 나타낸다.






  (2) CVT 100^□의 더블 배선 공사(사례 2)
그림 4의 변압기에서 가열장치(히터)까지의 70m의 간선 케이블(CVT 100^□)에 더블 배선 공사를 실시했다.



그림에 사진 5~8의 촬영 위치를 명기해 두었다.




더블 배선 공사에서 공사상의 문제점과 대응책은 다음과 같다.
① 케이블 랙 설치부(사진 5 참조)
케이블 랙의 배선 공간에 여유가 있어 추가 케이블은 기설 케이블과 나란히 배선하여 문제없이 시공할 수 있었다.
② 피트 내(사진 6 참조)
피트 내에는 많은 케이블이 있어 배선 공간이 좁았다. 이로 인해 기설 배선에 따라 배선을 할 수 없었지만 약간 비어 있는 공간이 있어 그곳에 배선했다.
③ 프리카 튜브(이종금속제 가요 전선관)(사진 7 참조)
기설 프리카 튜브에 따라 신설 프리카 튜브를 추가하고 거기에 추가 케이블을 입선하여 문제없이 시공할 수 있었다.
④ 가열장치 입선부(사진 8 참조)
케이블 랙의 배선 공간에 여유가 있어 추가 케이블은 기설 케이블과 나란히 배선하여 문제없이 시공할 수 있었다.
⑤ 더블 배선 전후의 전류 밸런스 확인
더블 배선 전후의 전류 밸런스, 즉 3상간의 밸런스 및 기설과 추가 양 케이블 간의 밸런스가 잘 맞는지를 확인하기 위해 더블 배선 전후의 전류값을 계측했다.
표 3, 4는 그 결과를 나타낸 것이다.






(3) 두 가지 공사 사례를 통해 얻은 결과
이번에 실시한 두 가지 공사 사례를 통해 얻은 결과를 정리하면 다음과 같다.
① 더블 배선 공사에서 케이블 랙, 피트에서는 공간에 여유가 있었으나 전선관에서는 일부 여유가 없는 것이 있어 다른 회선의 전선관에 입선했다.
프리카 튜브에서는 여유가 없어 다른 프리카 튜브를 준비하여 입선했다. 이처럼 부설에 특별한 문제는 없었다.
② 전류의 밸런스에서는 기설과 추가 양 케이블의 전류값이 거의 밸런스를 이루고 있음을 확인했다.
3상의 불평형에 관해서는 내선규정 1305-1 ‘불평형 부하의 제한’의 2에서 ‘설비 불평형률 30% 이하’로 규정하고 있는데, 실제로 10% 이하의 불평형률을 보이고 있어 문제없는 레벨임을 확인했다.
또 더블 배선 전후로 불평형률에 큰 변화가 없다는 것도 확인했다.
③ 그 외 CVT 60^□을 예로 실측한 최대 부하전류는 98A로, 차단기의 차단전류(100A) 이하임을 확인했다.
한편 CVT 60^□의 허용전류는 210[A]×0.7(저감률)= 147[A]로, 더블 배선에 의해 그 2배인 294A가 됨에 따라 여전히 케이블의 허용전류가 차단기의 차단전류(100A) 이상이기 때문에 차단전류가 케이블에 흐른다 하더라도 아무 지장이 없음을 확인했다.

통전손실 저감 효과의 검증

(1) 통전손실의 계측 방법
통전손실의 계측 방법은 그림 5와 같다.



우선 가동 중인 케이블 양끝(전원 측, 부하 측)에 전력량계 A, B(또는 A', B')를 설치하여 더블 배선 공사를 전후로 각각 3주에 걸쳐 적산전력량[kW·h]을 확인한다.
A(또는 A')와 B(또는 B')의 차이가 케이블에서 생긴 통전손실[kW·h]을 나타내며 그 값을 A(또는 A')의 적산전력량, 즉 총 소비전력량[kW·h]으로 나눈 것이 케이블의 통전손실률이 된다.
더블 배선 전후의 통전손실률[%]을 각각 α, β로 표시하면 통전손실률의 차이, 즉 에너지 절약률[%]은 (α-β)로 구할 수 있다.
또한 적산전력량[kW·h]의 계측뿐만 아니라 그 후의 데이터 검증을 위해 전압, 전류, 역률 등에 대해서도 계측하도록 한다.

(2) 계측 결과와 분석
CVT 60^□(100m), CVT 100^□(70m)의 전류계측 결과 차트를 그림 6, 7에 각각 나타낸다.





그림 6을 통해 CVT 60^□의 최대부하전류는 98A로, 통전율(최대부하전류 ÷ 케이블의 허용전류)은 98[A] ÷ 210[A]=0.47이 되어, 상당히 큰 전류가 흐르고 있음을 알 수 있다.
또 그림 7로부터 CVT 100^□의 최대부하전류는 70A로 통전율은 70[A] ÷ 290[A]=0.24가 되어 사이즈(CVT 100^□)에 비해서는 매우 작은 전류가 흐르고 있음을 알 수 있다(후술).
더블 배선 전후의 전압, 등가부하전류, (평균)부하전류, 역률, 1주간의 적산전력량의 실측값(등가부하전류는 실측값을 바탕으로 연산한 값)을 표 5, 6에 나타낸다.





표의 계측 결과는 1주일 단위로 나누어 집계해 작성했으며 3주간의 평균값도 나타냈다.

<분석 1>
CVT 60^□의 더블 배선에서는 통전손실률이 2.53%에서 1.18%로 거의 반감했고 전압강하도 250.7-200.8=4.9[A]에서 204.9-202.2=2.7[V]로 거의 절반으로 줄었다.
또한 CVT 100^□의 더블 배선에서는 통전손실률이 0.44%에서 0.24%로 거의 반감하였고 전압강하도 478.8-477.2=1.6[V]에서 478.8-478.1=0.7[V]로 거의 반감했다.
지난 회에 더블 배선의 기술적인 이점으로 통전손실 저감 (손실 반감)과 전압강하의 저감(강하 반감)에 대해 설명했는데 이번 측정 결과는 대략 이를 실증하고 있다.

<분석 2>
에너지 절약률(통전손실률의 차이)을 다음과 같이 실측값과 계산값을 비교하여 검증했다.



  •CVT 60^□의 더블 배선
표 5에서 동그라미로 표시한 것과 같이 에너지 절약률(통전손실률의 차이)의 실측값은 1.35%였다.
한편 계산식 (1)과 같이 에너지 절약률의 계산값은 1.33%가 되어 실측값과 계산값이 거의 동일함을 나타내고 있다.
•CVT 100^□의 더블 배선
표 6에서 동그 라미로 표시한 것과 같이 에너지 절약률(통전손실률의 차이)의 실측값은 0.20이었다.
한편 계산식 (2)와 같이 에너지 절약률의 계산값은 0.25%로 실측값과 계산값이 거의 동일하다는 사실을 확인했다.
또한 CVT 100^□의 더블 배선의 경우 에너지 절약률이 0.20~0.25로 작다.
그 이유는 계산식 (2)에서 분모인 사용 전압값이 통상의 200V에 비해 2배가 넘는 480V로 높고, 분 자인 통전전류값이 앞에 설명한 것과 같이 매우 작기(통전율 0.24) 때문이다.

<분석 3>
1개의 배선인 경우를 예로 들어 전압강하의 실측값과 계산값을 비교하여 검증했다.
또한 전압강하의 계산식은,
V=√3×I×(R cos θ+X sin θ)×L 을 이용했다.
•CVT 60^□의 전압강하
표 5에 나타내는 바와 같이 CVT 60^□의 1개의 배선에서 전압강하의 실측값은 205.7-200.8=4.9[V]였다.
한편 계산식 (3)과 같이 전압강하의 계산값은 4.7V로 실측값과 계산값이 거의 동일하다는 사실을 확인했다.
•CVT 100^□의 전압강하
표 6에 나타내는 바와 같이 CVT 100^□의 1개의 배선에서 전압강하의 실측값은 478.8-477.2=1.6[V]가 되었다.
한편 계산식 (4)와 같이 전압강하의 계산값은 1.4V로 실측값과 계산값이 거의 동일하다는 사실을 확인했다.

이상과 같이 대규모 전선공장의 두 개의 케이블로 더블 배선의 실증실험을 하여 통전손실 저감(손실 반감)과 전압강하 저감(강하 반감)을 확인했다. 아 울러 더블 배선 공사상의 기본적인 개념을 명확히 하여 실제 부설공사에서도 큰 문제가 없음을 확인했다.


 本 記事는 日本 OHM社가 發行하는  電氣と工事 誌와의 著作權協約에 依據하여 提供받은 資料입니다.