전기설비 보수관리에 관한 일본 사례(2) 마쿠하리(幕張) 테크노가든

2007년 2월, 일본전기협회(주)가 개최한 ‘제 39회 전기설비 PM세미나’에 발표된 일상점검·열화진단의 방법, 설비갱신의 고안, 보수관리 담당자의 교육 등 전기설비 보수관리에 관한 각 사(자치체)의 구체적인 사례를 몇 회에 걸쳐 소개한다. <편집자 주> 마쿠하리 테크노가든의 개요 마쿠하리 테크노가든은 마쿠하리 멧세와 함께 마쿠하리 신(新)도심의 개척 사업으로 계획되어, 당시의 최신 인텔리전트화(사무실, 빌딩 등이 난방·조명·전자·사무기기 등의 설비가 종합조정) 설비를 도입한 24시간 대응형 복합빌딩으로 1990년 4월에 오픈했다.

이 빌딩은 지하 1층/지상 24층의 고층 2동을 포함하여 7개의 동(棟)으로 구성되어 있다. 각 동에는 분양 및 임대 인텔리전트 오피스, 은행, 레스토랑, 연수원, 학교, 병원, 공공설비 등 약 120개의 설비 및 점포가 들어가 있어 연상면적(건물의 지상 부분 연면적) 209,755㎡으로 일본에서도 최대급의 규모이며, 매일 약 9,000명의 사람이 이용하고 있다. 건물개요 설 립 지 : 치바시(千葉市) 미하마구(美浜區) 나카세(中瀨) 완성시기 : 1990년 4월 오픈 부지면적 : 45,582㎡ (13,788평) 연상면적 : 209,755㎡ (63,451평) 단 수 : 고층 2동 (지상 24단 106m) 저층 5동 (지상 6단 33m) 입 주 자 : 점포 약 120사/약 9,000명 연수원, 학교, 병원, 공공설비 등 설비개요 (1) 공조설비 구내에 인접한 지역 냉난방 공급센터가 온수냉수의 공급을 맡고 있다. 기준계 공조는 올 에어 VAV(Variable Air Volume:가변풍량방식) 방식, 2층마다 4계통 방식 (2) 위생설비 급수는 중량 급수식으로 상수·중수의 2계통으로 지하수를 상수·중수에 공급하여 코스트 절감을 꾀하고 있다. (3) 승강설비 엘리베이터 : 41대 (고층용 28대, 저층용 13대) 에스컬레이터 : 4대 (4) 인텔리전트 시스템 컴퓨터 네트워크 시스템, IC카드, 전화교환 시스템(D-PBX에 의한 입주자 공용 서비스)이 설치되어 있다. 전기설비의 개요 (1) 수전형태 수전 : 66kV, 루프방식 (지하 케이블 인입) 계약전력 : 7,000kW (특정규모 전기사업자로부터 구입) 수전설비 : 66kV, C-GIS (VCS-4대, DS&ES 12대) 수전변압기 : 12,500kVA-2대 (가스절연) (2) 서브변전소(6kV 배전, 13개소) 수전방식 : 각 서브 변전소에 상용·예비의 2회선(일부는 1회선) 변압기 : 몰드변압기(140대, 33,375kVA) 고압스위치 : VCB 69대, VCS 176대 전력용 콘덴서 : 46대 7,425kVA(유입형) 배전전압 : 공조/전력 400V, 조명 콘센트 200/100V (3) 비상용 발전설비 용량 : 3Φ 6kV 3,000kVA 구동기 : 디젤엔진 연료 : A중유 연속운전 가능시간 : 100% 부하로 24시간 이상

전기설비의 보수관리 개요 (1) 전기설비의 보수관리·감시(상주 보수관리원이 실시) 전기설비의 보수관리 및 감시는 상주하는 보수관리원과 다른 설비(공조, 위생설비)의 보수관리를 포함한 약 20명이 낮근무와 교대근무로 나누어 맡고 있다. 감시원은 항상 2명이 교대로 24시간 체제로 근무하고 매일점검 2명, 정기점검 2명, 긴급대응 2명이 낮시간대만 교대근무를 맡고 있으며, 교대근무자는 로테이션으로 조를 짜서 야근·일근(日勤)을 하고 있다. 전기주임 기술자 및 전체의 관리자로서 일근자가 5명 있고 설비마다 역할을 맡아 근무하고 있다. (2) 일상점검(제조사에 의한 점검) 일상점검은 매일점검과 월 점검으로 나뉘어 실시하고 있다. ① 매일점검 특고 수변전실 목시점검(目視点檢) ② 월 점검(월 1회 점검) · 서브 변전실 목시점검(전 13 개소의 서브변전소 대상) · 무정전 전원장치/직류반·목시점검 · 비상용 발전기·기동시험 및 운전상황 확인 · ESP내 전기설비 목시점검(전 248 개소의 ESP를 2개월에 한번 순회점검) (3) 정기점검(연 1회 매년점검) · 무정전 전원장치 · 비상용 발전기 정기점검 · 동력 분전반 정기점검(법정점검에 맞춰 실시) · 비상용 설비 정기점검(화재알림설비, 유도등, 비상용 방송설비)

(4) 전기설비의 예방 보수관리실시 상황 설치 후 17년 지난 설비의 연명을 위해 아래와 같은 공사를 실시한다. ① 정밀점검 및 오버홀(분해수리) · 비상용 발전기(3,000kVA) 오버홀 디젤엔진 분계점검(14년째 실시) 발전기 100% 부하연속 3시간 운전(14년째 실시) 발전기 베어링 개방점검(16년째 실시) · 수전용 변압기 정밀점검(LTC를 6년째 분해점검) · 66kV C-GIS(VCS·DS·ES를 6년째 정밀실시) · 특고 수전실의 보호계전기(6년째 정밀점검) ② 기기갱신 기기고장의 증가 또는 기기 신뢰도의 저하로 이어지는 열화에 대해서 적극적인 기기갱신을 꾀하였다. ㉮ 무정전 전원장치 갱신(14년째 실시) 축전지의 수명 및 INV의 부품 열화에 의해 갱신 · 부하감소로 용량 재점검 실시(50kVA·3대 → 50kV·2대) · 고효율 INV 채용 · 실형 축전지 채용(maintenance free:유지 보수 불요) 이와 같은 채용으로 에너지 절감의 효과도 볼 수 있다. ㉯ 직류반 갱신(14년째부터 5년 계획으로 실시 중) 축전지의수명에 의해 갱신 · 실형 축전지 채용(maintenance free) · 정류기의 에너지 절감효과 ㉰ 서브 변전소 기기 갱신(17년째부터 10년 계획으로 실시예정) 고압 스위치의 동작불량, 제어비품 열화갱신 · 실형 축전지 채용(maintenance free) · 정류기의 에너지 절감효과 ㉱ 동력반 갱신(15년째부터 7년 계획으로 실시 중) 상수, 중수 펌프 관계 제어반의 부품 열화(마그네트 스위치, 제어릴레이, 타이머 등)로 인해 갱신 ㉲ 조명기구갱신(14년째부터 수시 점검 중) · 형광등 안정기 갱신(노화 및 에너지 절감 대책) · 다운라이트 갱신(백열등 → 에너지 절감형 형광등) · 유도등 갱신(배터리 수명 및 기구 열화) 전기설비의 고장발생 상황 빌딩 내에서는 심각한 고장이 일어나지 않기 때문에 여기서는 가벼운 고장을 소개한다. 아래 그래프는 빌딩 개설 이래 2007년도까지의 15년간 설비고장(전기·공조·위생·방재·건축·승강·그 외 설비)에 대한 것을 모아둔 것이다. (1) 고장건수 변화 개설초기에는 설비의 초기고장이 빈번하였고 그런 고장이 서서히 해결되면 우발고장이 발생하였다. 10년이 지날 때쯤부터는 기기노화에 의한 마모·열화고장이 늘어났으며, 현재는 적극적인 예방보수관리를 실시하여 고장 건수를 줄이고 있는 추세이다.

(2) 설비별 고장건수(<그림 3>참조) 설비별로는 ‘위생설비’가 32%로 제일 많고, 두 번째로는 ‘공조설비’가 25%, 세 번째로 많은 것이 ‘전기설비’ 이다. ‘위생시설’은 화장실·세면장에 관련된 것으로, 일상적으로 사용 빈도가 높은 설비이므로 고장이 잦았다. ‘공조설비’는 ‘덥다·춥다’ 하는 불만 이외의 건수를 모은 것으로, 전문 업자에게 수리를 의뢰한 건수가 1/4로, 대부분은 긴급대응으로 처리할 수 있는 고장이었다. ‘건축설비’는 거의 문에 관련된 고장이 많으며, ‘방재설비’에는 누수와 연기 감지기 오동작이 많다. (3) 전기설비 고장건수(<그림 4>참조) 전기설비의 고장은 주로 긴급반응으로 대응할 수 있는 고장으로, 아래의 그래프처럼 조명기구 불량건수가 전체의 42%로 가장 많았다. 두 번째로는 콘센트에 관련된 전원단(電源斷)으로, 마루 콘센트(OA기기용)와 벽 콘센트(가전기기·청소용 전기기기용)를 합쳐 35% 이며, 대부분이 사용하는 사람의 잘못에 의한 것이다. 이 외에 전기설비고장으로는 누전 릴레이 동작이 12%이고, 개장 공사 등에서의 취급 잘못에 의한 누전이 있다. 서브 변전소 전기기기 갱신 계획 이번에는 2007년부터 개시한 서브변전소의 전기기기 갱신사례를 소개한다. 이 사례는 이제 시작 단계로, 앞으로 10년간에 걸쳐 실시할 안이다. 설치 후 아직 17년밖에 지나지 않은 기기를 갱신하는 가장 큰 이유는 갱신공사에 물리적인 제약조건이 엄중하다는 것이다. 그리고 빌딩 관리회사가 이 갱신공사에 투자할 수 있는 환경에 있는지 하는 것도 제약조건이 되는데, 이 빌딩의 입거율(立居率)이 95%를 상회해 수익이 높아져 공사에 투자할 수 있는 환경이 되었다는 것도 큰 요인 중 하나다. (1) 갱신이유 ① 기기 노화에 의한 전원공급 신뢰도 저하 · 제작 후 17년이 흘러 제어부의 접촉 불량이 많아졌다. · 보호 릴레이의 노화에 의한 동작범위 오작동도 늘어났다. · 유입기기(전력 콘덴서·리액터)가 실내에 설치되어 화재의 위험이 있다. ② 예비품·제조 기술원의 부족 ③ 갱신공사의 물리적인 제약조건 · 갱신 공사에 필요한 정전시간은 1년 1회로, 약 10시간밖에 되지 않는다. · 기기 운반통로·출입구(엘리베이터나 서브 변전소 기기 반입구 등)가 좁고 현 상태 반형에서의 반입·반출이 불가능하다. · 좁은 서브 변전소 내에서는 공사량·인원·기기수 등의 제약이 있다. · 공사관리자(전기주임 기술자)가 시공·관리할 수 있는 공사량에 제약이 있다. · 서브 변전소의 기기수명에서 30년 이내에 모든 갱신을 완료하고자 한다. (2) 갱신 시 개선항목 갱신을 할 때 실시하고자 하는 개선항목은 다음과 같다. ① 저부하율 트랜스를 합하여 에너지절감을 도모한다. · 부하율이 20% 정도의 복수 트랜스 부하를 한 대로 종합한다. · 종합하여 불필요해진 트랜스를 저지시켜 무부하 손실을 줄여 에너지절감을 도모한다. · 트랜스 정지에 의한 열부하를 감소시켜 냉방부하감소에 의한 에너지 절감을 도모한다. ② 서브 변전소의 긴급정전 후의 복전(復電)을 자동입상회로(自動立上回路) 설치 · 현재의 복전방법은 감시반에서 서브 변전소를 1군데씩 선택하여, 수동으로 복전하기 위해 모든 13개 변전소를 발동시키므로 시간이 많이 걸린다. · 이 자동복전회로를 전 서브변전소에 설치하면 문제발생 시 빌딩 내에서 빠르게 복전시킬 수 있으며, 감시원의 부담도 줄일 수 있다. ③ 유입기기를 없애고 불연화기기를 도입 · 전력콘덴서·리액터가 서브 변전소의 실내에 설치되어 있으므로 몰드 기기로 갱신한다. (3) 갱신에 필요한 햇수(案) 이상의 갱신이유로 위의 (1)-2항 제약조건을 정리하면, 한 개의 서브 변전소를 3년으로 분산·시공하고 전 서브 변전소의 갱신을 30년 이내에 실시하기 위해서는 한 회의 정전으로 3~4개소의 서브 변전소의 갱신을 실시하여야 한다. 올해는 최초의 공사이므로 한 곳의 상황만 살펴봤지만, 내년에는 2군데를 동시에 시공하며 3년째부터는 동시에 4군데의 서브 변전소를 시공할 수 있도록 계획 중이다. (4) 갱신실시상황(2007년 2월 시공) s 올해(2007년) 갱신을 시작한 서브 변전소의 순서를 <그림 5>로 나타내었다. 이번 연도는 3년 계획의 처음 단계이며 갱신 순서는 다음과 같다. 1년째 : VCS 차단기·전력콘덴서/리액터·보호계전기의 갱신 2년째 : 계측/제어부품 갱신·MCCB 갱신 3년째 : 6kV 주회로 부품 교환·VT/CT 미터 갱신·MCCB갱신 올해 갱신의 문제점은 시공에 필요한 정전시간의 확인이 불충분했다는 것과 지금 사용하고 있는 VCS의 제품은 이미 공장에서 제작하지 않는다는 점이다. 현장에서의 가공 공사가 늘어났기 때문에 계획보다 시공범위가 줄었다. 이런 문제점은 다음 번 시공에서 참고할 예정이다.