비상발전기의 용량 계산에는 여러 방법과 기준들이 혼용되고 있지만 국내에서 두 가지의 기준이 있습니다. 하나는 국토교통부의 설계기준에 의한 용량 계산이고 다른 하나는 한국산업안전공단의 KOSHA GUIDE E-84-2022에 따른 용량 계산입니다. 소규모 화학공장의 비상발전기는 KOSHA GUIDE에 따라 계산을 하는 것이 좋겠다고 생각합니다. 여기서 KOSHA의 샘플 계산을 설계기준을 따라서 해보고 두 결과를 비교해 보도록 하겠습니다.
1. KOSHA GUIDE "E-84-2022"의 계산 방법
아래의 자료는 KOSHA Guide를 캡춰한 것입니다. 내용이 잘 안 보이거나 더 자세한 자료가 필요하시면 KOSHA 홈페이지에서 Guide를 다운로드하여서 보시면 됩니다.
KOSHA GUIDE는 기존에 주로 사용하던 전통적인 방법과 유사한 방법입니다. 위 세가지세 가지 방식으로 모두 용량을 계산한 뒤에 그중 가장 큰 값을 적용하는 방식입니다. 일반적으로 이 세 가지 계산 방식 외에 인버터등의 고조파를 많이 발생시키는 부하가 많을 경우에 그를 고려하여 계산하는 수식을 적용하기도 합니다. 세 번째 PG3 수식의 경우 특징이 있는데 이는 원동기 과부하 내량 K를 반영했다는 것입니다. 이 수치는 원동기의 플라이휠 효과에 의해서 과부하가 순간적으로 걸려도 속도가 급하게 떨어지지 않고 어느 정도 안정도를 유지한다는 개념으로 약 20%의 용량 증가 효과가 있습니다.
이러한 방식이 적용되는 것은 공장의 특성상 대용량 전동기가 포함되어 있을 경우에 그 전동기의 기동을 위해 충분한 발전기 용량을 확보하려는 의도가 포함되어 있는 것입니다.
2. 설계기준 KDS 31-60-20에 따른 계산 방법
아래의 설계기준은 건축에서 주로 사용하는 비상 발전기 용량 계산에 관한 설계 기준으로 국토교통부에서 제정한 것입니다.
따라서 이 수식으로 계산하면 대용량 전동기의 크기에 따라서 발전기 용량이 다소 크게 나올 가능성이 높다고 볼 수 있습니다.
3. 두가지 계산 방식의 비교
KOSHA GUIDE의 샘플계산을 설계기준의 방식으로 계산해서 두 가지 결과를 비교해 보겠습니다. 이 샘플 계산은 KOSHA GUIDE에 포함되어 있는 계산으로 정확한 비교를 위하여 이 샘플을 가져왔습니다.
위의 계산에 따라서 KOSHA GUIDE에 따른 계산 값은 최종적으로 900KW로 결정되었습니다.
다음에는 설계기준에 따른 계산을 해보겠습니다.
(수식 내의 각 값은 다음과 같이 확인됩니다.)
a 값은 설계기준에서는 1.38을 추천했으나 KOSHA 계산에서 부하표에서 적용한 값은 90 KVA / 75 KW = 1.2가 됩니다. 따라서 a = 1.2 적용
c 값은 설게기준에서는 통상 6을 적용한다고 되어있으나 KOSHA 계산식에서 6.5를 적용했으므로 같은 값을 적용
k는 발전기 허용 전압 강하 계수인데 KOSHA GUIDE에는 정확한 대응 값이 없습니다. 그런데 X"d 값과 전압강하율을 확인해서 k값 테이블에서 찾아보면 X"d = 25, 전압강하율 = 25%에 대응하는 값이 없어서 근접한 값인 "1"을 적용
위의 계산을 통해서 산출된 발전기 용량은 1600 kVA이고 0.8로 나누어 1280kW의 값을 구할 수 있습니다.
KOSHA GUIDE 산출 값 = 900 kW
설계기준 산출값 = 1300 kW
두 기준의 계산 값이 차이가 많이 납니다. 그 이유는 무엇일까요?
KOSHA GUIDE 의 계산 식을 보면 "K"라는 원동기 과부하 내량 (1.2 적용) 이 반영되어 있습니다. 즉 전동기 기동시에 필요한 용량을 엔진의 원동기가 20% 커버해 준다는 이야기입니다.
또한 설계기준의 계산식은 일반부하 + 전동기 부하 (최대용량제외) + 최대용량 전동기 기동용량으로 되어 있어서 다 더하는 계산입니다. 그러나 KOSHA GUIDE의 계산식에는 PG3식에서 기동시의 전동기 역률을 고려하게 되어있어서 실제로 단순 합보다 용량이 낮게 나올 수 있습니다.
이상에서 검토한 결과 KOSHA GUIDE의 계산식을 적용하는 것이 전동기 부하가 큰 공장에서는 더 경제적인 계산을 할 수 있다는 것을 확인했습니다. 국토교통부의 설계기준은 건축물에 적용할 경우 건축물에는 큰 용량의 전동기가 없으므로 적정한 값을 산출 할 수 있을 것으로 보이지만 용량이 큰 전동기가 있는 경우는 불필요하게 발전기 용량이 더 커지는 문제가 있다는 것을 이해하시면 되겠습니다.
이와 같은 결과에 대하여 어느 규정을 적용할 것인가에 대한 논란이 있을 수 있습니다. KOSHA GUIDE를 적용해서 계산하여 용량이 적게 나온 경우 전기안전공사에서 문제를 제기할 가능성에 대해서도 생각해 보아야 합니다. 그러나 실제로 국내의 여러 프로젝트에서 KOSHA GUIDE와 유사한 PG 법이 사용되어 문제없이 통과되어 왔고 이 방법이 국제적으로도 유효한 방법으로 널리 사용되고 있으므로 문제가 없다고 봅니다. 다만 빌딩이나 아파트 등의 경우에는 건축설계기준을 적용하는 것이 바람직할 것으로 보입니다.
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