스포트 네트워크 방식

왜 배우는가: 스포트 네트워크(Spot Network)는 병원·데이터센터·대형 빌딩처럼 정전이 치명적인 수용가에 공급 신뢰도를 높이기 위해 쓰는 배전방식이다. 발송배전기술사 시험에서는 특징, 결선도와 운전방법, 구성 기기, 네트워크 보호기(Network Protector)의 동작책무를 묻는 문제로 반복 출제된다.

출제 이력: 제125회 4교시 4번, 제121회 1교시 9번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의: 스포트 네트워크는 두 회선 이상의 배전선로에서 여러 변압기를 통해 한 수용가 구역에 병렬로 전기를 공급하는 방식이다.

핵심 키워드

• 스포트 네트워크(Spot Network)
• 저압 2차 모선(Paralleling Bus)
• 네트워크 보호기(Network Protector)
• 역전력 계전(Reverse Power Relay)
• 신뢰도(Reliability)
• 무정전 공급
• 단위 시스템(Unit System)
• 고장 전류 차단

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 한 건물에 전기가 들어오는 길을 여러 개 만들어 놓고, 그 길 중 하나가 끊겨도 나머지 길로 계속 전기를 받는 방식이다. 이때 여러 변압기의 2차 측을 한 모선에 모아 묶기 때문에 '점(Spot)에 모은 네트워크'라는 뜻이 된다.

정식 정의는 다음과 같다. 스포트 네트워크는 동일 수용가 지점에 여러 대의 배전용 변압기를 두고, 각 변압기의 1차 측은 서로 다른 22.9kV 급 배전선로(또는 다른 변전소의 배전선로)에 연결하며, 2차 측은 저압 모선에서 병렬로 접속하는 공급 방식이다. 방사상 계통이 한 회선에 의존하는 것과 달리, 여러 공급원이 동시에 부하를 나누어 맡는다.

핵심 용어를 풀면 다음과 같다.

저압 2차 모선(Paralleling Bus)은 여러 변압기의 2차 측을 묶는 공통 모선이다. 모선에 고장이 나면 전체 공급에 영향을 줄 수 있으므로 설계에서 중요하게 본다.

네트워크 보호기(Network Protector)는 변압기 2차 측과 모선 사이에 설치되는 자동 차단기다. 전류가 모선에서 변압기 쪽으로 거꾸로 흐르는 역전력을 감지해 변압기를 자동으로 분리한다.

역전력(Reverse Power)은 부하 측에서 전원 측으로 흐르는 전력이다. 한 회선이 고장나 그 변압기가 모선에 전기를 되돌려 보내는 상황이 대표적이다.

3. 등장 배경과 필요성

도시 중심부는 부하 밀도가 높고 정전 피해가 커서, 방사상 배전만으로는 요구 신뢰도를 맞추기 어렵다. 방사상 방식은 한 회선이 고장나면 그 회선에 물린 수용가 전체가 정전된다. 스포트 네트워크는 이 한계를 줄이기 위해 도입됐다.

이 방식이 필요한 대표 수용가는 병원, 데이터센터, 반도체 공장, 대형 금융 시설처럼 짧은 정전도 큰 손실을 낳는 곳이다. 여러 회선과 변압기가 병렬로 묶여 있으므로 한 회선이 끊겨도 나머지 회선이 부하를 이어받아 무정전에 가깝게 공급을 유지한다.

또 다른 배경은 도심의 전력 수요 집중이다. 한 지점에 큰 부하가 몰리면 한 변전소나 한 배전선로만으로 공급 용량을 맞추기 어렵다. 여러 변압기와 여러 선로를 한 지점에 묶으면 용량 측면에서도 여유를 얻는다.

스포트 네트워크의 목적은 수용가 한 지점의 공급 신뢰도를 높이는 데 있다.

그래서 스포트 네트워크는 일반 주택이나 농어촌 부하에는 쓰지 않고, 중요 수용가 전용의 고신뢰 공급 방식으로 쓴다. 이 점은 답안에서 적용 대상을 말할 때 빠뜨리지 않는다.

4. 구성요소·원리·절차

스포트 네트워크(Spot Network)는 고압 배전선로 2회선 이상에서 네트워크 변압기를 거쳐 저압 모선(Paralleling Bus)에 병렬로 연결한 방식이다. 한 회선 또는 한 변압기에 사고가 나도 나머지 회선이 부하를 공급하므로 무정전 공급이 가능하다. 이 방식은 대형 빌딩이나 공장처럼 신뢰도가 중요한 집중 부하에 쓴다.

구성요소는 다음과 같다.

원리는 두 가지다. 첫째, 여러 회선이 한 모선에 병렬로 붙어 있어 한 회선이 끊겨도 부하 전류가 다른 회선으로 흐른다. 둘째, 네트워크 프로텍터가 변압기 측 전류의 방향과 크기를 감시해 고장 회선을 자동으로 분리한다. 역전력 relay는 전력과 시간의 곡선 특성을 가지므로 엘리베이터 등 짧은 순간의 역전력은 무시한다.

운전 절차는 다음 순서로 진행된다.

• 고압 피더 2회선을 모두 투입하고 각 변압기를 2차 모선에 병렬로 연결한다.
• 네트워크 프로텍터가 변압기 전압과 위상을 맞춘 뒤 투입한다.
• 한 회선에 고장이 나면 해당 변압기 측에서 역전력이 발생한다.
• 네트워크 프로텍터가 역전력을 감지하고 해당 변압기를 모선에서 분리한다.
• 나머지 변압기가 부하를 계속 공급하고, 고장 회선은 복구 후 재투입한다.

계통 설계 시 변압기 용량은 N-1 조건을 만족하도록 정한다. 즉 한 변압기가 빠져도 나머지 변압기가 최대 부하를 감당할 수 있어야 한다. 이를 식으로 나타내면 $\sum_{i \neq k} S_{n,i} \ge P_{max}$ 이다. 여기서 S_{n,i}는 i번째 변압기 정격용량(kVA), P_{max}는 최대 부하(kVA), k는 고장 변압기 번호다.

예를 들어 최대 부하가 2,000kVA이고 변압기가 3대(각 1,000kVA)라면, 한 대가 빠져도 나머지 2대의 합 2,000kVA가 부하와 같아 조건을 만족한다. 결과가 상식 범위인지 보면, 변압기 한 대 용량이 전체 부하보다 작아야 병렬 운전의 의미가 있으므로 이 결과는 타당하다.

5. 관련 법령·기준·표준

스포트 네트워크는 전용 법정 기준이 따로 없고, 한국전기설비규정(KEC)과 배전 설계기준을 함께 적용한다. 핵심 기준은 다음과 같다.

관련 기준의 현행 명칭은 한국전기설비규정(KEC)이며, 2021년 1월 1일부터 적용된다. 옛 명칭인 '전기설비기술기준의 판단기준'은 대체되었다. 개정 연혁은 KEC 제정 이후 변화가 없는 것으로 본다.

스포트 네트워크의 핵심은 N-1 조건과 네트워크 프로텍터의 역전력 차단이다.

6. 유형과 비교

스포트 네트워크는 공급 신뢰도를 높이는 방식에 따라 단위 방식(unit system)과 연결형 스포트 네트워크(spot network with reach), 또는 격리형(isolating spot network)으로 나눠 설명한다. 배전계통 답안에서는 먼저 방식 간 구조 차이를 표로 정리하면 설명이 짧아진다.