플랜트의 Single Line Diagram(단선도) 작성 방법 (2)

앞의 포스팅에서 단선도 작성을 위해서 필요한 절차와 부하리스트 작성에 대하여 알아보았습니다. 이 부하 리스트를 작성한 것에서 출발해서 각종 단선도 상의 기기의 크기를 결정하는 것이 다음으로 중요한 절차가 됩니다. 기기의 사이즈 결정은 곧 그 기기의 크기와 설치 방법과도 관계가 있고 또한 기기를 구매하는 구매 사양서 작성에도 매우 중요한 의미를 가지게 됩니다. 그다음으로 시스템 계산에 대해서 알아보고 추가적인 절차를 앞의 절차서에 따라서 검토해 보도록 하겠습니다. 

 

7. 기기의 크기 결정 (EQUIPMENT SIZING CALCULATION)

 

1) 변압기 용량 결정 (Transformer Sizing)

앞의 부하 계산서 (Load Summary Sheet)에서 future margin과 변압기 손실을 고려하여 결정

 

2) 역률 보상기 용량 결정 (Capacitor Bank Sizing)

부하 계산서에서 산출된 총 역률과 전력회사의 규정 역률의 차이를 보상하기 위한 Capacitor 용량 산출, 부하 상태에 따른 적정한 제어를 위한 Bank 수량 결정

 

3) 비상 발전기 용량 결정 (Emergency Generator Sizing)

부하 계산서에 나타난 비상 부하를 고려하여 비상 발전기 용량 계산

 

4) 무정전 전원 장치 용량 결정 (AC UPS Sizing) -

UPS 부하 목록을 계장 팀과 기계팀에서 접수하여 적정한 부하율을 고려하여 용량 결정

 

5) 직류 전원 장치 용량 결정 (DC Battery Charger Sizing)

Switchgear 구동용 DC 부하 용량을 고려하여 결정

 

6) 케이블 굵기 결정 (Power Cable Sizing)

Voltage Drop을 고려하고 허용전류 용량을 고려하여 결정

 

8. 시스템 계산 (System Calculation)

 

1) Power Balance 

단선도 상에서 정상 운전 상태 (Normal Steady-state operation)에서의 전력의 흐름을 보여줍니다.

 

2) Load flow

시스템의 최적 운전 조건을 결정하고 증설 계획 등에 중요하다. 각 bus에서의 전압의 위상과 크기, 각 라인에 흐르는 유효전력과 무효전력을 보여줍니다

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3) Short Circuit Calculation

최대 단락 전류를 산출하여 케이블 사이징과 차단 용량 결정 및 보호 협조 등에 꼭 필요한 계산입니다.

 

4) Motor Starting Study

전동기의 기동에 의한 전압강하를 계산하여 시스템이 전동기 기동 시에 안정적으로 운용되도록 시스템을 세팅하는데 필요합니다.

 

5) Harmonic Study

시스템 전체에서 발생하는 하모닉을 계산하여 필요한 Harmonic filter 등의 설계에 적용합니다.

 

6) Relay Coordination Study

전체 시스템의 보호계전기가 적절한지를 판단하고 연계되는 보호계전기 간의 적정한 계전기 세팅에 사용됩니다.

 

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9. SYMBOL & LEGEND

전기 단선도에 사용되는 SYMBOL에 대하여 그 의미를 이해하는 것이 매우 중요합니다. 이 SYMBOL과 LEGENDS를 이해해야 전기 단선도를 읽을 수 있기 때문입니다.

 

1) 주 회로에 사용되는 SYMBOL

아래의 SYMBOL 이외에도 많은 SYMBOL이 사용되고 있으므로 많은 도면을 보는 것이 중요합니다.

2) 변압기 SYMBOL과 극성 표시 (벡터 그룹 표시)

 

 

3) 제어회로 SYMBOL

IEC 계통의 SYMBOL과 ANSI/IEEE 계통의 SYMBOL이 혼용되고 있기 때문에 양쪽의 SYMBOLE을 모두 이해해야 합니다. ANSI의 기능 번호는 많이 사용되기 때문에 도면의 이해를 위해서는 가급적 암기하는 것이 좋습니다.

 

 

10. 단선도의 형식 (TYPE OF SINGLE LINE)

단선도에는 RADIAL TYPE을 비롯하여 다음 4가지의 방식이 주로 사용됩니다.

 

1) RADIAL TYPE - 방사상의 회로 구성으로 단순하고 확장이 용이합니다. 일반 배전계통에서 많이 적용됩니다.

 

2) PRIMARY SELECTIVE SYSTEM - 1차 측 전원을 2 회선으로 하여 필요시 절체 하여 공급의 안정성을 높이는 계통입니다. 실제 PLANT에서는 많이 적용되지는 않는 계통입니다

 

3) PRIMARY LOOP SYSTEM - 1차 측 공급 전원을 루프 형태로 구성하여 한쪽에 문제가 발생해도 다른 쪽 루프를 통해서 전원을 공급할 수 있어서 신뢰성이 높습니다. 공단 등에서 전체 UTILITY 계통을 PRIMARY LOOP SYSTEM으로 구성하는 경우가 많습니다. 넓은 면적을 신뢰성 높은 전력 계통으로 커버하는데 유용합니다.

 

4) SECONDARY SELECTIVE SYSTEM - 석유 화학 공장의 대부분에서 내부 전력 계통에 적용하고 있으며 비상시에 운전 안전성을 높이고 변압기의 보수에도 전력의 손실이 없이 운전이 가능한 시스템입니다. 변압기 한 대가 전체 부하를 감당할 수 있는 용량으로 설계됩니다.

 

 

11. BUS의 형식 (TYPE OF BUS) - SINGLE BUS와 DOUBLE BUS

1) SINGLE BUS SYSTEM - 모선 1개에 방사상으로 FEEDER 가 연결된 형식

 

2) DOUBLE BUS SYSTEM - 이중 모선 형식

 

3) DOUBLE BUS SYSTEM - 1 차단기 방식

4) DOUBLE BUS SYSTEM - 2 차단기 방식

 

5) DOUBLE BUS SYSTEM - 1.5 차단기 방식 (1-1/2 차단기 방식으로도 표시) 345kV 계통에 주로 사용함

 

 

12. KEC 규정에 따른 특고압 수전 단선도 (한국전기설비규정 핸드북)

 

1) CB 1차 측에 CT를, CB 2차 측에 PT를 시설하는 경우

2) CB 1차 측에 CT와 PT를 시설하는 경우

(CB 1차 측의 변압기 설치는 10 KVA 이하의 경우에 적용 가능)

3) CB 1차 측에 PT를 CB 2차 측에 CT를 시설하는 경우

4) 22.9KV-y 1000 KVA 이하를 시설하는 경우

비고 4 - 300 KVA 이하인 경우는 PF 대신 COS (10KA 이상)을 사용할 수 있다.

5) 수전설비 결선 기호

 

이 포스팅의 시작에서 말씀드렸던 기기의 사이즈 결정과 시스템 계산 외에도 실제 도면 작성에 대하여 어느 정도 확인이 되었습니다. 여기서 설명드린 내용이 전부는 아니지만 이 기준을 가지고 Single line diagram 작성을 시도하면서 선배나 멘토의 지도를 받는다면 충분히 단선도를 작성할 수 있을 것으로 생각됩니다. 마지막에는 KEC 핸드북에 있는 국내의 소규모 공장들에 대한 수전 단선도도 확인했습니다. 이런 모든 정보들이 실제로 엔지니어들에게 도움이 되기를 바라봅니다.