전기차 전원공급설비 배선기구 시설기준

왜 배우는가: 전기자동차 충전은 수 시간씩 이어지는 대전류 연속 부하라서 배선기구의 발열, 접촉 불량, 누전 문제가 곧바로 화재와 감전으로 이어진다. 그래서 KEC 기준이 옥내 저압 배선기구를 따로 정하고, 기출에서도 용어형과 논술형에서 반복해 묻는다.

출제 이력: 제137회 1교시 4번, 제126회 4교시 2번, 제108회 2교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

전기자동차 전원공급설비는 저압 전로에서 충전장치까지 전기를 안전하게 공급하는 설비 전체다.

• 전기자동차 전원공급설비: 저압 전로, 배선기구, 충전장치, 충전 케이블, 방호장치를 포함하는 설비 체계다.
• 저압 옥내배선: 건물 내부에서 저압 전로를 구성하는 배선이다.
• 배선기구: 콘센트, 플러그, 스위치처럼 전선을 접속하거나 기계기구를 연결하는 기구다.
• 전용 콘센트: 전기자동차 충전에만 쓰도록 다른 부하와 분리해 시설하는 콘센트다.
• 방수형 콘센트: 물이 닿을 우려가 있는 장소에 쓰도록 방수 구조를 갖춘 콘센트다.
• 접지극: 누설전류와 감전 전압을 대지로 흘려보내기 위한 전극이다.
• 누전차단기: 누설전류를 감지해 회로를 자동으로 차단하는 기기다.
• 충전 케이블: 충전장치와 전기자동차를 연결하는 케이블이다.

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 전기차를 콘센트에 꽂아 충전할 수 있도록, 건물의 전기를 충전 설비까지 안전하게 끌어가는 길과 그 길의 연결부를 정하는 것이다. 정식으로는 한국전기설비규정(KEC)이 정한 전기자동차 전원공급설비 기준에 따라 전로, 배선기구, 충전장치, 방호장치를 시설하는 일이다.

옥내에 시설하는 저압용 배선기구는 일반 부하용 콘센트와 구분된 전용 회로에 접속한다. 충전은 연속 부하이므로 접속부에서 발열이 생기면 접촉 저항이 커지고, 발열은 저항에 비례해 커진다. 이를 식으로 나타내면 P=I^2R 이다. 여기서 P는 접속부 발열 전력(W), I는 충전 전류(A), R은 접촉 저항(Ω)이다. 전류가 크고 접촉 저항이 높을수록 발열이 급증하므로 기구의 정격과 접속 상태가 중요하다.

배선기구는 전용성·방수성·접지·누전 보호를 함께 갖춰야 한다. 네 조건 중 하나라도 빠지면 충전 중 사고 위험이 커진다. 전용성은 전용 회로로, 누전 보호는 누전 차단으로 확보한다.

배선기구의 종류는 접지극 유무와 설치 장소에 따라 나뉜다. 접지극이 없는 일반 콘센트는 금속제 외함을 가진 충전설비에 쓰기 어렵다. 옥외나 주차장처럼 습기와 물이 닿을 수 있는 곳에는 방수 구조의 콘센트를 쓴다. 전용 콘센트는 정격전류와 정격감도전류 기준을 함께 만족해야 한다.

전용 콘센트는 충전 부하에 맞는 정격전류의 것을 사용하고, 누전차단기는 관련 기준이 정한 정격감도전류와 동작시간의 것을 쓴다. 이 기준은 충전 부하와 감전 보호의 기준으로 답안에 쓴다.

3. 등장 배경과 필요성

전기자동차 보급이 늘면서 주택, 아파트, 근린생활시설 주차장에 충전 수요가 생겼다. 충전은 일반 가전과 달리 장시간 큰 전류를 흘리므로 기존 콘센트를 그대로 쓰면 접속부 과열과 화재 위험이 커진다. 충전 중 절연이 나빠지면 차체와 충전 케이블을 통한 감전 위험도 있다.

기존 옥내 배선 기준은 일반 부하를 전제로 만들어져 충전 특성을 충분히 반영하지 못했다. 그래서 전기자동차 충전에 맞춘 시설 기준을 별도로 정할 필요가 생겼다. 현재는 2021-01-01부터 한국전기설비규정(KEC)이 적용되면서 전기자동차 전원공급설비 기준이 이 규정 안에 모였다.

필요성은 세 가지로 정리한다.

• 화재 예방: 전용 회로와 적정 정격으로 접속부 과열을 막는다.
• 감전 방지: 접지와 누전차단기로 충전 중 누설전류를 차단한다.
• 설비 표준화: 배선기구, 충전장치, 케이블, 방호장치의 기준을 하나의 체계로 맞춘다.

따라서 답안에서는 배선기구 기준을 단순한 콘센트 규정으로 쓰지 않고, 충전 부하의 특성에서 출발한 안전 요구로 설명해야 한다.

4. 구성요소·원리·절차

전기자동차 전원공급설비는 저압전로, 충전장치, 충전 케이블 및 부속품, 방호장치의 네 부분으로 구성된다. 각 구성요소는 전력을 공급받아 차량까지 안전하게 전달하는 한 흐름을 이룬다. 답안에서는 구성요소별 역할과 시설 요건을 함께 적는 것이 기본이다.

위 표에서 저압전로는 충전 전용 회로로 구성해야 한다. 다른 부하와 회로를 공유하면 충전 전류가 겹쳐 과부하와 발열이 생기기 때문이다. 충전장치는 고장이나 누설이 생기면 방호장치가 먼저 동작하도록 보호 협조가 맞아야 한다.

원리는 누설전류 검출에 있다. 충전 회로에서 나가는 전류와 돌아오는 전류의 차이가 누설전류이다. 누설전류가 누전차단기의 정격감도전류 이상이 되면 차단기가 회로를 열어 사람의 감전 시간을 줄인다. 과전류는 열적 한계를 넘는 전류가 흐를 때 과전류차단기가 차단하여 배선 발열과 화재를 막는다.

시설 절차는 다음 순서로 정리한다.

• 충전 부하 용량과 설치 장소(옥내·옥외)를 정한다.
• 저압전로를 전용 분기회로로 구성하고 전선 굵기와 과전류보호장치를 선정한다.
• 옥내 배선기구(콘센트)의 종류와 접지 방식을 정한다.
• 누전차단기와 과전류차단기를 직렬로 배치하고 보호 협조를 확인한다.
• 충전장치와 충전 케이블을 설치하고 외함 접지를 시설한다.
• 방호장치 동작 시험과 절연저항·접지저항 측정으로 완료를 확인한다.

5. 관련 법령·기준·표준

전기자동차 전원공급설비의 시설기준은 「한국전기설비규정(KEC)」에 있다. KEC는 2021-01-01부터 시행되었으며, 구 「전기설비기술기준의 판단기준」을 대체했다. 옥내 배선기구와 보호 장치의 세부 요건은 KEC의 저압 배선과 보호장치 규정을 함께 적용한다.

기준 수치는 아래 표로 모은다. 값과 적용 조건을 함께 적어야 채점에서 인정된다.

누전차단기는 정격감도전류와 동작시간을 함께 만족해야 한다. 정격감도전류만 맞고 동작시간이 길면 감전 사고를 막지 못한다. 방수형 콘센트는 습기가 많은 장소에서 누설과 단락을 줄이는 데 필요하다.