전력간선 설계

왜 배우는가: 전력간선은 수변전설비에서 분전반·부하까지 전력을 나르는 배선의 중심이라, 굵기와 방식을 잘못 정하면 전압강하·과열·비용 문제가 한꺼번에 생긴다. 건축전기설비 기술사 시험에서 굵기 산정 흐름도와 설계순서가 여러 교시에 걸쳐 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제128회 3교시 3번, 제120회 3교시 6번, 제101회 2교시 3번, 제94회 1교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

전력간선 설계는 수변전설비에서 분전반까지 대용량 전력을 안전하게 보내도록 전선 종류·굵기·배선방식을 정하는 일이다.

• 전력간선
• 허용전류
• 전압강하
• 기계적 강도
• 간선 배선방식
• 버스덕트

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 건물의 큰 물줄기를 설계하는 일이다. 변압기나 수변전반에서 받은 전기를 층별 분전반이나 대형 부하까지 흘려보내는 배선이 간선이고, 그 배선을 정하는 과정이 간선 설계다.

정식으로는 간선을 수변전설비 또는 발전설비와 분전반 사이, 또는 분전반 상호 사이를 잇는 배선으로 정의한다. 간선 설계는 부하 용량을 산출한 뒤 전기방식과 배선방법을 정하고, 허용전류·전압강하·기계적 강도를 기준으로 전선 굵기를 확정하는 절차다.

허용전류는 전선이 과열 없이 연속으로 흘릴 수 있는 최대 전류다. 전선의 도체 재질, 단면적, 절연체의 최고 허용온도, 설치 방법(공중·관로·트레이)에 따라 값이 달라진다.

전압강하는 전선의 저항과 임피던스 때문에 배선 끝단의 전압이 전원측보다 낮아지는 정도다. 길이가 길수록, 전류가 클수록 커지므로 장거리 간선에서는 허용전류보다 전압강하가 굵기를 결정하는 경우가 많다.

기계적 강도는 시공·운반·설치 중 인장과 굽힘을 견디는 능력이다. 전선이 가늘면 시공 중 끊어질 수 있으므로 최소 굵기를 따로 확인한다.

간선 배선방식은 간선을 어떤 형태로 깔지 정하는 방법이다. 수지상(방사상), 나뭇가지형(트리), 루프형 등이 있으며, 건물 규모와 신뢰도 요구에 맞춰 선택한다.

3. 등장 배경과 필요성

건물이 커지고 전기 사용이 늘면서 간선의 전류 용량도 함께 커졌다. 과거에는 조명 위주라 분기회로만으로 충분했지만, 지금은 동력·空調·전산설비가 많아 대전류 간선이 필수다.

전선이 부족하면 과열로 절연이 열화되어 화재 위험이 생긴다. 반대로 지나치게 굵은 전선은 공사비와 공간 낭비를 만든다. 그래서 설계 단계에서 허용전류와 전압강하를 함께 검토해 최적 굵기를 정해야 한다.

최근에는 고층 건물과 데이터센터처럼 전력 밀도가 높은 시설이 늘었다. 이런 곳에서는 버스덕트 같은 대용량 간선 방식이 많이 쓰인다. 버스덕트는 금속 덕트 안에 절연 지지된 나도체를 넣은 구조이며, 대전류 전송에 적합해 일반적으로 1,000[A] 이상일 때 경제성이 있다고 본다.

허용전류·전압강하·기계적 강도를 함께 검토하는 것이 간선 굵기 선정의 기본 원칙이다.