배전선로 개폐장치

왜 배우는가: 배전선로 개폐장치는 정전 범위를 줄이고 사고 구간을 신속히 분리하기 위한 핵심 설비이며, 차단장치와 개폐장치의 구분, 설치 목적, 배전선로별 적용 방식이 1교시 용어 문제와 4교시 논술 문제에서 반복해 출제된다. 실무에서는 선로 구성과 보호협조 설계의 출발점이 된다.

출제 이력: 제134회 4교시 6번, 제92회 1교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

배전선로 개폐장치는 평상시 선로를 개폐하고 사고 시 고장 구간을 분리하여 정전 범위를 줄이는 장치이다.

• 차단장치
• 개폐장치
• 단로기(DS)
• 부하개폐기(LBS)
• 가스절연 부하개폐기(G/S)
• 자동선로 구분개폐기(S/E)
• 고장구간 자동개폐기(ASS)
• 자동부하 전환개폐기(ALTS)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 개폐장치는 전기가 흐르는 길을 사람이 끊었다 잇는 스위치이고, 차단장치는 사고 전류가 흐를 때 스스로 끊는 스위치다. 둘을 나누는 기준은 사고 전류를 끊을 수 있는지 여부다.

정식으로 차단장치는 정상 전류뿐 아니라 단락 등 이상 전류를 투입·개방하고 규정 시간 동안 통전할 수 있는 장치다. 개폐장치는 정상 부하 전류나 무부하 상태의 회로를 개폐하는 장치로, 사고 전류를 차단할 능력이 없거나 제한된다.

차단장치는 보호계전기와 결합해 사고 검출 후 자동으로 동작한다. 배전계통에서는 변전소의 차단기와 배전선로 중간의 리클로저가 여기에 속한다.

개폐장치는 보수·점검, 계통 절환, 부하 조정을 위해 조작하는 장치다. 단로기는 무부하 상태에서만 개폐하는 것이 원칙이며, 부하개폐기는 정상 부하 전류를 개폐할 수 있으나 사고 전류 차단 능력은 없다.

차단장치와 개폐장치의 차이는 다음과 같다. 차단장치는 사고 전류를 끊고 보호 기능을 가지며, 개폐장치는 정상 전류를 끊고 회로를 분리하는 기능을 가진다. 실제 배전선로에서는 두 기능을 조합해 사용한다.

3. 등장 배경과 필요성

배전선로는 길이가 길고 가공선이 많아 고장이 자주 발생한다. 고장이 나면 고장 구간이 넓어질수록 정전 고객 수와 정전 시간이 늘어난다. 따라서 선로를 여러 구간으로 나누고 구간마다 개폐장치를 두는 방식이 필요해졌다.

과거에는 사고 구간을 찾기 위해 작업자가 선로를 순찰하고 수동으로 개폐했다. 이 방식은 복구 시간이 길고 작업자 안전 문제도 컸다. 이후 자동 구분 개폐와 원격 제어가 도입되면서 정전 시간을 줄이는 방향으로 발전했다.

개폐장치의 필요성은 세 가지로 정리된다. 첫째, 설비 점검 시 정전 범위를 국한한다. 둘째, 사고 구간을 분리해 건전 구간의 정전을 막는다. 셋째, 부하 절환과 계통 재구성을 통해 복구 경로를 확보한다.

정전 구간 최소화이 개폐장치 설치의 핵심 목적이며, 이후 4절과 7절에서 설치 목적과 장단점을 다룬다.

Distribution Automation(DA) 개념이 도입되면서 개폐장치는 단순 스위치에서 자동화 단말로 역할이 확장되었다. 이 흐름이 자동선로 구분개폐기와 고장구간 자동개폐기 같은 장치로 이어졌다.

4. 구성요소·원리·절차

배전선로 개폐장치는 기능에 따라 단로기, 부하개폐기, 자동개폐기류, 차단기로 나뉘며 각 장치가 맡는 역할이 다르다. 부하 전류 개폐와 사고 전류 차단을 구분해야 장치 선정이 맞는다. 가스절연 부하개폐기(G/S)는 Gas Insulated Load Break Switch의 약어로 SF6 가스를 절연·소호 매체로 쓰는 밀폐형 개폐기이다. 자동선로 구분개폐기(S/E)는 Sectionalizer로 전원 측 차단기 또는 리클로저의 무전압·무전류 시간 동작을 이용해 고장 구간을 분리한다. 고장구간 자동개폐기(ASS)는 과부하와 고장 전류를 자동으로 차단하여 고장 구간을 분리하는 장치이다. 자동부하 전환개폐기(ALTS)는 두 개의 전원 중 정상 전원을 선택하여 부하를 전환하는 장치이다.

구성요소는 다음 표와 같다.

표 아래 설명: 가스절연 부하개폐기는 부하 전류를 안전하게 개폐하지만 고장 전류를 차단하지 못하므로 상위에 차단 능력을 가진 기기가 있어야 한다. 자동선로 구분개폐기와 고장구간 자동개폐기는 사고 구간을 자동으로 떼어 내는 역할이다. 자동부하 전환개폐기는 전원 이중화 설비에서 사용한다.

부하개폐기는 부하 전류만 개폐하고 사고 전류는 차단하지 못한다

보호협조의 원리는 상위 보호장치가 먼저 동작하고 하위 개폐기가 시간 순서에 따라 개방되는 데 있다. 고장 전류는 전원 측 차단기나 리클로저가 차단하며, 그 후 구분개폐기가 무전압 상태에서 개방한다.

고장 구간 자동 분리 절차는 다음과 같다.

• 고장 발생으로 상위 차단기 또는 리클로저가 고장 전류를 차단한다.
• 리클로저가 설정된 시간 동안 재폐로를 시도한다.
• 고장이 지속되면 구분개폐기(S/E)는 무전압 상태를 카운트한다.
• 설정 횟수에 도달한 구분개폐기가 고장 구간 전단에서 개방된다.
• 상위 장치가 재투입되어 고장 구간 외 부하에 전력을 공급한다.

고장구간 자동개폐기(ASS)는 과전류 검출과 개폐 시퀀스로 동작한다. 구분 개폐 시간은 고장 검출 시간과 재폐로 시간의 합으로 정한다.

5. 관련 법령·기준·표준

배전선로 개폐기의 설치와 성능은 「전기설비기술기준」과 한국전기설비규정(KEC)에 따른다. 2021-01-01 부터 KEC 가 적용되며 옛 판단기준은 대체되었다. 배전선로 개폐기는 KEC 의 고압 배전 관련 조항과 한국전력의 배전 설계 기준을 함께 본다. 세부 설치 조건은 전력회사의 배전 설계 기준이 정한다.

기준 수치는 아래 표로 모은다.

표 아래 설명: 정격 전압은 공칭 전압 22.9kV 계통에 맞춘 값이다. 정격 전류와 단시간 내전류는 계통 용량에 따라 달라지며 설계 단계에서 확인한다. 재폐로 횟수와 카운트 시간은 보호협조 설계에서 정한다.

개정 연혁으로는 2021-01-01 부터 KEC 가 시행되었고, 2022-12-01 부터 화재안전기준이 NFPC·NFTC 로 나뉘었다. 이는 배전 개폐기와 직접 관련은 없다.

6. 유형과 비교

배전선로 개폐장치는 기능에 따라 단로기(DS), 부하개폐기(LBS), 자동선로 구분개폐기(S/E), 차단기(CB), 리클로저로 나뉜다. 선로 보호와 개폐를 누가 담당하는지, 고장전류를 차단할 수 있는지가 구분 기준이다.