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비상발전기
비상발전기(standby generator, emergency generator)는 상용전원의 공급 중단 시에 대체 전력으로 공급하는 비상전원(예비전원)을 발전하는 장치를 말한다.
주로 법적인 요구에 의해 설치되는 경우와 사용자의 필요에 의해 설치되는 경우가 있다. 법적으로 요구되는 법령은 소방시설 설치유지법, 건축법, 승강기안전관리법, 의료법, 통신, 방송 괸련 법령 등이 있다.
상용전원의 정전은 건축물 외부 요인과 내부 요인에 의해 발생된다. 외부 요인으로는 태풍 등의 자연재해, 전기사업자용 전력설비의 고장에 의한 불시 정전, 정기 보수에 따른 계획정전, 예비전력 부족 등에 기인된다.
건축물 내부 요인에 의한 정전은 전력설비인 변압기, 차단기 등의 고장이나 지락, 단락 사고에 의한 단전, 화재에 의한 전기 선로의 단락, 화재 시 소방시설 가동에 의한 전원수용시설의 과부하 조건에 의한 단전, 전기화재 시 소방대의 진압을 위한 상용전원 임의 공급 차단 등에 기인된다.
따라서 건축물 내부 요인에 의한 정전의 비중이 크므로, 화재 및 정전 시의 소방안전 확보를 위해서는 2개의 변전소로부터 상용전원을 공급 받더라도 비상발전기의 설치는 필수적이다.
비상발전기는 건축물의 전체 부하를 모두 감당하기에는 용량이 너무 커서 비경제적이므로, 전체 부하 중 약 30% 정도의 중요한 부하를 담당할 수 있도록 한다. 건축물의 전기시설부하는 소방부하와 비상부하 및 일반부하로 분류되며, 정전시 일반부하는 차단되고, 중요부하인 소방부하와 비상부하에 비상전원을 공급한다. 일반적으로 소방과 비상용 겸용이면서 그 중 한쪽 부하용량을 적용하여 시설한다. 상시 운전용과 달리 연중 운전시간이 극히 짧으므로 에너지 절감을 위한 운전효율의 차이는 의미가 없으며, 고유한 소방안전의 실효성을 위한 용량 안전성과 경제성이 가장 중요하다.
목차
개요
비상발전기는 위급상황 시에 전원이 공급되지 않는 경우에 전기를 생산하는 발전기이다. 대부분의 발전기는 이 용도로 못 쓴다. 참고로, 백업발전기나 상시발전기 등 다른 종류의 발전기들이 있는데, 비상발전기는 다른 용도로는 사용이 가능하다.
비상발전기로 사용 가능한 발전기는 대부분이 AVR 발전기이며 엔진 시동에서 출력 시작까지 약 2초 내에 완료될 수 있어야 한다. 그래서 인버터 발전기는 비상발전기로 사용 불가. 시동에서 출력까지 5초가 넘게 걸린다. 왜냐하면 여기에는 AVR 이나 C8051 같은 컴퓨터가 들어가는데, 인버터라는 물건 특성상 부팅에 시간이 많이 걸린다.
비상발전기는 조건에 따라 다른 용도의 발전기로 사용이 가능하며, 이것이 가능한 비상발전기는 차트에 비상발전용량과 상시발전용량을 별도로 표기한다.
비상발전기는 소방용과 일반 비상용 발전기로 구분되며, 건축물에서는 대부분 소방.비상겸용 발전기로 사용된다.
소방.비상겸용 발전기는 소방부하와 비상부하를 합산하여 정격출력용량을 산정하는 '합산용량 발전기'와 소방부하 또는 비상부하 중 더큰 한쪽 용량을 기준으로 정격출력용량을 산정하는 '소방전원 보존형 발전기'로 구분된다.
합산용량 발전기는 안전성은 확보되나 대용량 고비용으로서 라이프사이클 동안 사용하지 않는 유휴용량이 과다하여 자원낭비의 측면을 지닌다.
소방전원보존형 발전기는 소용량 저비용의 특징을 가지는 기종이다.
비상발전기가 필요한 장소
상용전원이 비상정전의 경우 조명, 공조, 급 배수, 엘리베이터 등으로 인한 재해방지를 위하여 건축법, 소방법에 의하여 최소한의 예비전원 (비상발전기, 축전지)을 설치하여야 한다.(비상용의 것은 40초 이내에 소방용설비 등에 전력을 공급할 수 있는 것이어야 하며, 응급실, 수술실의 의료용 비상발전기는 10초 이내에 접압을 확립하여 공급할 수 있어야 한다)
- 1) 예비전원 설비가 구비하여야 할 조건
- 비상용 부하의 사용목적에 적합한 방식의 전원설비 일 것.
- 신뢰도가 높을 것.
- 취급,조작 및 운전이 쉬울 것.
- 경제적일 것.
- 2) 필요한 장소
- 은행,사무실빌딩 : 컴퓨터실,대기실,금고,엘리베이터 등
- 백화점 : 금전출납기, 매장, 냉동설비 등
- 병원 : 수술실, 병실, 복도, 주방, 엘리베이터, 전산기기, 냉동저장고.
- 극장 : 복도, 관객, 스피커회로,
- 공장 : 중요 생산설비
- 무선수신소 : 방송국, 신문사
- 상용전원을 공급받을 수 없는 곳.
- 사고정전 및 계획정전시의 비상전원
- 피크시의 보조 발전용
- 기타 주요설비
용도
발전소 백업용
고리 원자력의 1개 호기마다 이런 설비가 들어간다. 특이하게도, 발전소의 백업에는 약 10초간의 지연이 걸리는데, 저 발전기들이 모두 다 동기화가 되어야 계통에 연결 가능하기 때문. 1개의 비상 발전기는 아주 빠르게 가동되나, 여러개가 있을수록 동기화 하기 힘들어진다.
물론, 여기에도 종류가 나뉘는데, 발전기 백업용으로서, 발전소의 발전기가 어떤 이유로건 뻗어버리는 경우, 발전기의 부하를 모조리 다 백업하는 용도로 쓰는 발전기가 있고 내부 제어시스템에 전원을 유지하는 목적으로써 UPS 대용으로 사용하는 발전기가 있다.
대개, 발전소 주 백업에 들어가는 발전기는 4행정(stroke) 중속(600~1000 RPM)의 디젤 엔진+발전기가 장착된다. 이러한 디젤엔진+발전기는 본래 선박에서 전기를 생산하거나 오지, 섬 등에서 발전용으로 많이 사용 중이다. 여기에 사용되는 엔진을 공급하는 업체로는 현대중공업(힘센 디젤엔진), 독일의 MAN이나 핀란드의 Wartsila, 일본의 다이하츠 등이 있다. 해당 발전기의 대당 출력은 연속최대 9000kW로, 보통 셋팅에는 8000kW 으로 derating하여 집어넣는다. 또한, 기존 선박/육상에서의 디젤발전기보다 훨씬 비싼 가격을 자랑하는데, 이게 바가지가 아니라, 비상 발전기로 납품하기 위해서 통과해야 하는 시험의 숫자가 장난 아니다.
KHNP의 자료에 따르면 국내 원전에는 모두 비상발전기가 있으며, 발전소 백업과 제어계통 백업의 두 기능 모두 후쿠시마 원자력 발전소 사고 이전부터 있었다고 한다. 수력 발전소의 경우, 프란시스 수차를 쓰는 대형 댐식 발전소에 제어계통 발전기가 있다고 하니 혹시 인력이 매우 매우 적고 순환이 적은 한국전력공사의 눈앞에 지진으로 인한 전력선 단선사고가 전국적으로 일어나도 원전은 알아서 정지할 수 있단 말.
자주 가동 시험을 하는 지, 이런 사고가 발생할 때 잘 작동하는 것 같다.
도시 백업용
대전광역시와 서울특별시에 거주하는 시민만이 누릴 수 있는 혜택.
서울시에는 위치 불명의 디젤 비상발전시스템이 있어 약 3600kW 를 즉시 백업할 수 있도록 되어있다. 또한, 서울특별시 마포구에 있는 당인리발전소를 사용하면, 가용률 20%대에서 서울시를 백업할 수 있다.
게다가, 서울시에 있는 대부분의 대형 건물은 2000kW 이상의 자체 백업가능한 디젤,LNG 발전설비를 갖추고 있어서 실제로 한국전력 의존률은 낮을 것으로 보고있다. 즉, 다산콜센터에서 주장하는 3600kW 의 설비는 일반 재택유저가 사용할 수 있을 것으로 보인다. 대전의 경우, 비상발전기를 사용하여 순시부하 분담 시스템을 운용하고 있는데, 확실히 묵혀뒀다가 급할때 안되는것보단 유익해 보인다. 대전에는 정부기관 소속의 디젤발전기가 약 570여 대[16] 있으며, 이들 발전기를 제외하더라도 3,300kW 의 발전기가 더 있다. 정부 소유의 발전기들은 정부대전청사와 더불어 대덕연구단지의 각종 정부출연연구소들의 어마어마한 전력을 백업하기 위해 대량구비한 것으로 보이며 다른 기업들의 R&D센터 등을 위해 각 기업에서도 발전기를 대량 설치했을 것으로 보인다.
여기 나오는 발전기들은 다들 on-grid 가 가능한 발전기인데, 왜냐하면 일반적으로 대형 건물에는 모두 발전기가 설치되어 있으나 이들이 자기네만 물리지 계통에 연동해서 다른곳까지 전력을 공급할 일 따윈 절대로 일어나지 않을 것이기에 정부기관 소속 발전기나 발전소만이 온라인으로 전력을 공급하여 도시를 백업할 수 있기 때문이다.
다른 도시에는 없으니 집에 UPS 하나씩은 두자.
건물 백업용
위에 보이는 발전기들이 하나씩 건물안에 있다고 보면 된다. 물론, 여러대 쓰는곳도 있다. 가장 좋아하는 발전기는 케터필러의 2000kW 발전기들. 단품으로 쓰거나 묶어쓰는 게 가장 좋다고한다. 단품가격은 대당 10억.
커다란 빌딩에나 학교에는 다들 있는데, 기계실이나 전기실 혹은 발전기실을 따로 두어서 운영하며, 각종 계기에 의해 제어되는 불쌍한 기계다. 절대적으로 ATS나 UVR의 입력을 우선으로 받아 작동하는 것이 일단 기본적으로 쓰는 방법이다. 이 비상발전기는 보통 운용 시험을 하게 되는데, 건물주 정책에 따라 다르지만 대부분 한 달에 1번 정도 20분을 돌려본다. 참고로, 20분 돌리는 데 사용되는 기름은 수백리터에 달한다.
건물이라고 해서 꼭 빌딩만 생각하지 말고, 가정용 비상발전기가 있다. 가스터빈이나 디젤, 혹은 LPi 엔진이 쓰인다. 외국의 약간 갈색빛 상자모양 발전기 생각하면된다. 군대에서도 전방 GOP, GP에선 쉽게 볼 수 있다. 정전 시에도 냉장고는 돌려야 탈없이 먹고 살 수 있으니까...
비상발전기 부하의 종류
비상발전기의 분류
- 1) 부하기능에 따른 분류
- 비상용발전기(디젤)
- 상용발전기(디젤,가스터빈)
- PECK-CUT용,
- Co-generation용 발전기.
- 구동방법에 따른 분류
- 디젤형, 가솔린형, 가스터빈형
- 3) 설치방법에 따른 분류
- 고정거치형, 이동형(200kVA 미만)
- 4) 시동방법에 따른 분류
- 전기식 : 일반적 사용, 운용이 용이
- 공기식 : 6회이상 기동용량의 압력탱크 필요. (방폭지역 등에 적용) 22~30(㎏/㎠)의 압력 유지장치 필요.
- 5) 냉각방식에 따른 분류
- 공랭식 : 소 용량(500KVA 미만의 소 용량에 적합)
- 수냉식 : 500KVA 이상에 적용하며, 순환식, 냉각탑 순환식, 방류식이 있다.
- 6) 운전방식에 따른 분류
- 단독운전방식 : 수전용 차단기와 발전기용 차단기와 인터록 장치 필요.(비상용 발전기는 상시전력과 병렬운전하지 않는 것을 원칙으로 하고 있다.)
- 2대 이상 병렬 운전방식 : SYNCHRO 장치 필요
- 한전 병렬운전 방식 : 역 송전을 방지하기 위한 계전기와 SYNCHRO 장치가 필요하고, 한전과의 협의가 필요하며, 피크 컷에 따른 전력비의 절감을 꾀할 수 있다.
비상발전기 제어장치
비상발전기 제어장치(controller)는 운전과 정지부터 이상상태 감지하여 경보나 운전중지로 비상발전기의 소손을 방지하는 두뇌 역할의 장치이다. 소방법령에 소방용의 비상발전기 제어장치는 성능 확보를 위해 비영리 공인기관의 시험을 받은 제품을 적용하도록 규정되어 있다. 법적 근거 규정은 화재안전기준(NFPC 103) 제13조제5항이다. 비영리 공인기관 시험은 형식시험과 검수시험이 있다. 형식시험은 해당 모델에 대해 내진성, 내후성을 포함한 전반적인 성능시험을 한번 한다. 검수시험은 해당제품마다 시행한다. 비영리 공인기관의 시험 제품은 모델명이 CFS(소방전원 보존 제어장치)와 GCF(소방용 자가발전설비 제어장치: 이상 (주)이에스이엔씨<02)564-1141> 공급)가 있다. 또한 GCFP(소방전원보존형 발전기 제어장치 : (주)청우이엔지 공급 <02)514-1191>)가 있다. CFS는 병열운전용 비상발전기 또는 기존 비상발전기의 용량 보완을 할 때 유용하다. GCF는 단독운전용 비상발전기로서 신규 시설에 적용된다. 시험기관의 시험 중에 참고시험이나 항목시험이 있는데 이는 일부 항목의 특성치만 시험하는 것이어서 법적으로 공인되지 않는다. 참고시험은 시험 받았다고 상품을 소개하거나 홍보나 광고할 수 없도록 되어 있고, 시험성적서 하단에 그러한 주의사항 표시가 있다. 따라서 설계자는 비상발전기 제어장치의 모델명을 선택하여 전원단선결선도와 시방서에 명기하는 것이 필요하다. 전기감리자와 소방감리자는 비상발전기 제작 승인시에 비상발전기 제어장치를 선택하여 적용하도록 지시하여야 한다. 시공 단계에서는 모델명 확인과 시험과 검사를 실시해야 한다.
참고자료
- 〈비상발전기〉, 《위키백과》
- 〈비상발전기〉, 《나무위키》
- 〈비상발전기(Emegency Generator)의 종류 및 분류〉, 《티스토리》, 2022-07-11
같이 보기
