자가발전설비 용량 산정

왜 배우는가: 자가발전설비 용량은 정전 시 소방설비가 끊기지 않고 작동하는지를 좌우하므로 실무 설계의 핵심이다. 부하 누락과 과대 설계가 모두 문제가 되어 기술사 시험에서 산정 방식과 부하 개념을 묻는 문제가 반복해 나온다.

출제 이력: 제135회 2교시 2번, 제124회 4교시 2번, 제109회 2교시 1번, 제95회 4교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의 자가발전설비 용량은 소방부하와 비상부하의 운전·기동 부하를 합산하고, 수용률과 역률을 반영한 kVA 값으로 산정한다.

핵심 키워드

• 자가발전설비
• 소방부하
• 비상부하
• 수용률
• 역률
• 기동 부하
• PG1 방식
• 소방부하 겸용 발전기

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 자가발전설비는 상용전원이 끊겨도 소방시설이 멈추지 않도록 건물 안에 두는 자체 발전기다. 발전기가 감당해야 하는 전기의 크기가 곧 용량이다. 정식으로는 상용전원 정전 시 소방부하에 비상전원을 공급하는 설비이며, 용량은 연결 부하를 기준으로 산정한다.

소방부하는 소방시설 및 방화·피난·소화활동을 위한 시설의 전력부하다(NFTC 103 1.7.1.32). 소방부하 이외의 부하는 비상부하라 한다. 소방전원 보존형 발전기는 두 부하를 겸용하되, 화재 시 과부하에 가까워지면 비상부하의 일부 또는 전부를 자동 차단해 소방부하에 연속 전원을 공급하는 발전기다(NFTC 103 1.7.1.33).

수용률은 설비용량 합계 대비 실제로 동시에 쓰이는 부하의 비율이다. 건물 전체의 모든 기기가 동시에 최대로 돌아가지 않으므로 부하 합계에 수용률을 곱해 쓴다. 다만 화재 시에는 소방부하가 동시에 가동된다고 보고 수용률을 임의로 낮추지 않는 것이 원칙이다.

역률(Power Factor)은 피상전력 대비 유효전력의 비다. 발전기 출력은 kVA로 정하고, 부하는 kW로 집계하는 경우가 많으므로 두 단위를 환산해야 한다. 발전기 정격 역률은 적용 기준에 따라 확인한다.

3. 등장 배경과 필요성

과거에는 부하를 임의의 수용률로 줄여 발전기 용량을 작게 잡는 사례가 있었다. 이 경우 화재 시 과부하로 발전기가 정지해 소방설비가 작동하지 않는 위험이 생긴다. 반대로 모든 부하를 단순 합산하면 설치 면적과 건축비, 연료 소모가 늘어 경제성과 환경 측면에서 불리하다.

이 때문에 소방부하의 수용률 적용 방식을 기준으로 명확히 정하는 흐름이 생겼다. 국토교통부 설비설계기준(KDS 31 60 20 예비전원설비)은 부하 종류별 수용률과 용량 산정 절차를 정리한 기준이다. 소방부하 겸용 발전기는 소방부하, 비상부하, 기타부하를 모두 합산해 정격출력용량을 정하므로 부하 누락 없이 집계하는 것이 중요하다.

소방부하는 정전과 화재가 동시에 일어나는 조건을 가정한다. 따라서 용량 산정은 정상 운전 시 필요한 용량과 전동기 기동 시 필요한 용량을 나누어 검토해야 한다. 이 구분이 뒤에서 다룰 PG1, PG2, PG3 산정식의 출발점이다. 정상 운전 부하만으로 용량을 정하면 펌프 등 전동기를 기동할 때 전압이 떨어지고 발전기가 정지할 수 있다.