일반적인 가정에서 수용받는 전기와 다르게 규모가 크거나 공장과 같은 건물의 경우 전력이 많이 필요하며 한전에서 공급하는 전력으로 부족하다. 이를 초과한 건물이나 시설에는 고압으로 전력을 공급받아 자체적으로 저압으로 변압하여 사용하게 되며 이를 수변전설비(受變電設備, Power Substaion)이라 한다. 즉, 한전에서부터 수전 받은 높은 변압을 낮은 전압으로 변환하여 부하설비에 전기를 공급하는 것을 의미한다.
건물의 수변전실이나 전기실에 들어가게 되면 다음과 같은 여러 개의 함을 볼 수 있는데 이를 큐비클(Cubicle)이라 하며, 보수점검이 편리하고 안정적이라는 장점이 있다.
송배전선로에서도 가정으로 인입하는 구간이 있었는데 수변전에서도 마찬가지로 한전측과 수변전시설에 경계지점을 인입점으로 정하고 개폐기(開閉器, Switch)가 설치된다. 설비용량에 따라 다르지만 주로 자동고장구분개폐기(ASS : Automatic Section Switch)를 사용하며 지중의 경우에는 기중절연 자동고장구분개폐기(AISS : Air Insulated Section Switch)를 사용한다. 이를 설치하는 이유로는 지락사고 발생 시 고장전류가 크기 때문에 다른 수용가에게 피해를 방지하기 위해서 설치한다.
단락사고로 발생하는 피해를 방지하기 위해 수변전설비에서는 전력퓨즈(PF : Power Fuse)를 사용한다. 송배전설비에서 설명했던 COS(Cut Out Switch)와 비슷한 용도로 사용되지만 COS의 경우에는 소규모 수전설비에서 회로를 보호하기 위하여 사용되어 전신주에서 많이 볼 수 있다.
퓨즈는 크게 2가지로 나눌 수 있으며 한류형(限流形, Current Limit Type)과 비한류형(非限流形, Non Current Limit Type) 으로 나눌 수 있다.
| 한류형 퓨즈 | 비한류형 퓨즈 | |
| 특징 | - 전압 0V인 상태에서 차단 - 높은 아크저항을 발생시켜 단락전류를 강제로 차단 - 소형으로 차단용량이 크다. - 한류효과가 우수하여 후비보호용으로 사용 - 과전압 발생 및 최소 차단 전류가 존재한다. |
- 전류가 0A인 상태에서 차단 - 소호 Gas를 방출하여 절연내력을 높여 차단 - 녹으면 반드시 차단하여 과부하 보호가 가능하다. - 대형이고, 한류효과가 적다. |
개폐기와 퓨즈를 통해 안전하게 수전을 받은 후 변압과정을 거쳐 220V/380V의 저압으로 변환되어 Cable Tray를 타고 EPS(Electric Pipe Shaft)실로 가게 된다. 이후 EPS실의 배전반을 통하여 각 부하에 전력을 공급하게 된다.
수변전실은 구성할 때는 적절한 면적, 높이를 고려해야 하며, 변압기의 경우 유지보수와 교체에 대비하여 적절한 안전거리를 고려 해야 한다. 가장 먼저, 높이의 경우에는 특고압수전 또는 변전기기는 4.5m 이상, 고압은 3m 이상의 높이를 가져야 하며 너무 높지 않게 적절한 높이를 가져야 한다. 면적과 안전거리의 경우 다음과 같다.
| 구분 | 앞면, 조작, 계측면 | 뒷면, 점검면 | 열 상호간 점검면 | 기타 면 |
| 특고압반 | 1,700mm | 800mm | 1,400mm | - |
| 고압반 | 1,500mm | 600mm | 1,200mm | - |
| 저압반 | 1,500mm | 600mm | 1,200mm | - |
| 변압기 등 | 600mm | 600mm | 1,200mm | 1,300mm |
건축물을 기본적으로 설계할 때 설치되는 부하의 상세를 정확하게 알 수 없기 때문에 건물 종류에 따라 표준부하를 이용하여 총 부하설비용량을 추정하며 공식을 다음과 같다.
| 건축물 종류 | 부하[VA/m^2] |
| 표준부하 | |
| 공장, 공화당, 사원, 교회, 극장, 영화관, 연회장 등 | 10 |
| 기숙사, 여관, 호텔, 병원, 학교, 음식점, 다방, 대중목욕탕 | 20 |
| 사무실, 은행, 상점, 이발소, 미용실 | 30 |
| 주택 아파트 | 40 |
| 부분부하 | |
| 복도, 계단, 세면장, 창고, 다락 | 5 |
| 강당, 관람석 | 10 |
수변전실에서는 고압의 전류가 흐르기 때문에 차단기(遮斷器, Circuit Breaker)의 역할이 매우 중요하다. 차단기는 부하측에서 단락 및 지락사고가 발생하여 이상 전류가 발생하게 되면 신속하게 회로를 차단하고 전기기기와 전선을 보호하는 중요한 역할을 수행한다. 가정에서 사용하는 차단기는 일반적으로 작지만 수변전실에서 사용하는 것은 용량도 크고 크기도 크다.
차단기는 다양한 종류가 존재하며 전압과 상황에 따라서 적정한 차단기를 설치하는 것이 중요하고 종류는 다음과 같다.
| 구분 | 종류 | 아크제거매체 | 적용 적압 |
| 저압 | 기중차단기 (ACB : Air Circuit Breaker) |
대기 중의 공기 | 3.3kV 이하 |
| 자기차단기 (MBB : Magenetic Blast Circuit Breaker) |
전자력 | 3.3~15kV | |
| 고압 | 진공차단기 (VCB : Vacuum Circuit Breaker) |
진공 | 3.3~36kV |
| 유입차단기 (OCB : Oil Circuit Breaker) |
절연유 | 3.3~350kV | |
| 가스차단기 (GCB : Gas Circuit Breaker) |
SF6 | 3.3~550kV | |
| 공기차단기 (ABB : Air Blast Circuit Breaker) |
압축공기 | 10~750kV |
차단기를 다루기 위해서는 차단기에 대한 용어를 알아야 하며 그 중 필수적으로 알아야 하는 용어는 정격전압, 정격전류, 정격차단전류, 정격차단용량, 정격단시간전류, 정격차단시간이다.
우선 정격전압을 설명하자면 전압에는 다양한 종류가 있는데 전선로를 대표하는 공칭전압, 전선로에 발생하는 최고의 선간전압인 최고전압이 있으며, 계통 최고의 공칭전압을 선간전압의 실효값으로 나타낸 정격전압이다.
정격전류는 정격전압과 정격주파수에서 온도 상승의 한도를 초과하지 않고 차단기에 흘릴 수 있는 전류를 의미하며 공식은 다음과 같다.
정격차단전류는 정격전압과 정격주파수에서 규정된 표준동작책무 및 동작상태에 따라서 차단할 수 있는 차단전류의 한도인 교류전류의 실효값을 의미하며 단락전류라고도 불리며, 공식은 다음과 같다.
정격차단용량은 고장전류차단기가 안전하게 차단할 수 있는 능력을 의미하며 공식은 다음과 같다.
정격단시간전류는 회로의 규정조건에 따라 차단기에 전류를 1초 동안 흘렸을 때 이상이 발생하지 않는 최대전류의 한도인 교류전류의 실효값을 의미하고 정격차단시간은 정격전압 및 정격주파수에서 규정된 표준동작책무 및 동작상태에 따라 차단할 때의 차단시간의 한도를 의미한다.
- 주요 수변전 설비 기기 약호 및 명칭
| 약호 | 명칭 |
| ALTS(Automatic Load Transfer Switch) | 자동부하전환개폐기 |
| ASS(Automatic Section Switch) | 자동고장구분개폐기 |
| LBS(Load Breaker Switch) | 부하개폐기 |
| PF(Power Fuse) | 전력퓨즈 |
| MOF(Metering Out Fit) | 계기용 변압변류기 |
| PT(Potentail Transformer) | 계기용 변압기 |
| CT(Current Transformer) | 계기용 변류기 |
| VCB(Vaccum Circuit Breaker) | 진공차단기 |
| VCS(Vacuum Contactor Switch) | 고압진공전자접촉기 |
| VTS(Vacuum Transfer Switch) | 진공전환개폐기 |
| OCR(Over Current Relay) | 과전류계전기 |
| OCGR(Over Current Ground Relay) | 지락과전류계전기 |
| OVR(Over Voltage Relay) | 과전압계전기 |
| UVR(Under Voltage Relay) | 부족전압계전기 |
| POR(Phase Open Relay) | 결상계전기 |
| COS(Cut Out Swtich) | 컷아웃스위치 |
| TR(Transformer) | 변압기 |
| ACB(Air Circuit Breaker) | 기중차단기 |
| ATS(Auto Transfer Switch) | 자동전환개폐기 |
| SC(Static Condenser) | 진산용 콘덴서 |
| SR(Series Reactor) | 직렬리액터 |
| SPD(Serge Protective Device) | 서지보호기 |
| APFC(Automatic Power Factor Controller Relay) | 자동역률조정기 |
| MCCB(Molded Case Circuit Breakers) | 배선용 차단기 |
| MC(Magnetic Contactor) | 전자접촉기 |
| EOCR(Electronic Overload Relay) | 전자과부하릴레이 |
| ELD(Earth Leakage Detector) | 누전경보기 |
| ZCT(Zero Phase Current Transformer) | 영상변류기 |
| LA(Lighting Arressters) | 피뢰기 |
| SA(Surge Absorber) | 서지흡수기 |
| ELCB(Earth Leakage Circuit Breaker) | 누전차단기 |
| KW(Kilo Watt Meter) | 적산전력계 |
| WM(Watt Hour Meter) | 전력량계 |
| AM(Ampere Meter) | 전류계 |
| VM(Volt Meter) | 전압계 |
| FM(Frequency Meter) | 주파수계 |
| PFM(Power Factor Meter) | 역률계 |
| Vo(Zero Phase Sequence Voltmeter) | 영상전압계 |
| OVGR(Over Voltage Ground Relay) | 과전압지락계전기 |
| VS(Voltage Switch) | 전압전환개폐기 |
| AS(Ampere Switch) | 전류전환개폐기 |
| PTT / VTT(PT Test Terminal / Voltage Test Terminal) | 전압시험단자 |
| CTT / ATT(AT Test Terminal / Ampere Test Terminal) | 전류시험단자 |
| GPT(Ground Potential Transformer) | 접지변압기 |
| REC(Rectifier Unit) | 정류기 |
| AVR(Automatic Voltage Reactor) | 자동전압조정기 |
| DC(Discharging Coil) | 방전코일 |
| TC(Trip Coil) | 트립코일 |
| CH(Cable Head) | 케이블헤드 |
| UPS(Uninterruptible Power Supply) | 무정전전원장치 |
| CLR(Current Limit Resistor) | 한류저항기 |
| DS(Disconnecting Switch) | 단로기 |
| CB(Circuit Breaker) | 차단기 |
| GR(Ground Relay) | 지락계전기 |
개인 공부를 위한 게시물로 틀린 내용을 포함할 수 있는 점 참고 부탁드립니다.
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