최근 고층 빌딩 건설 현장에서 적층(Tack) 공법이 주류를 이룬다. 이 공법은 각 층마다 내장 공사까지 마무리 지은 후 다음 층 공사를 하는 방식으로, 맨 아래층부터 순차적으로 진행해 최상층까지 쌓아올리면 전 층이 완성되는 형태다. 빌딩 내 저압 간선 배선 공법에는 기존의 저압 분기부 케이블이나 소형 부스 덕트를 사용해 왔다. 한편, 빌딩의 대형화 · 인텔리전트화가 추진되고 전력수요가 더욱 증대함에 따라, 신뢰성 · 경제성을 고려한 고압 간선으로서의 고압 분기부 케이블을 사용하고, <그림 1>과 같이 각 층의 부하 근처에 변압기를 분산 배치하는 배전 시스템 채용이 늘고 있다. 그러나 어떤 제품을 사용해도 여기에는 여러 문제점이 있어, 보다 우수한 시공성과 공기 단축이 가능한 성력화省力化수단에 대한 요구가 높다.
그리하여 2004년 저압 분할형 분기부 케이블 개발에 매진한 데 이어, 2008년에는 고압반 6600V분할형 고압 분기부 케이블인 '고압 모듈 브랜치 Branch'개발에 주력했다. 여기서는 건축 공사의 진척 상황에 따라 고압 간선을 분할 배선하고 수직부에서 간선 케이블 접속을 용이하게 함으로써, 성력화 시공과 공기 단축이 가능한 고압 모듈 브랜치의 개발 개요, 성능 · 작업성 검증, 도입 실적 등을 소개한다.
개발 콘셉트 기존 6600V 고압 분기부 케이블(이하, 기존 제품) 중 평균 도입 제품을 바탕으로 기존 제품과 이번에 개발한 고압 모듈 브랜치(이하, 개발품)를 배선 비교해 <그림 2>와 같이 나타냈다. 기존 제품은 건물을 최상층까지 구축한 후 케이블 전장全長을 일괄 배선하므로, 다음과 같은 문제점이 있다. ① 최상층을 구축한 후에야 케이블을 포설하기에 건축 공정에 제약이 있으며, 다른 설비 공사와 경합 · 집중 등으로 단기간 시공을 강요받는다. ② 케이블 길이가 길어져 전선 드럼 역시 대형이 되며, 대형 윈치Winch 등과 같은 포설 기기와 많은 작업원이 필요하다. ③ 건물 중간층에서 감시하거나 케이블을 이리저리 옮겨야 하는 등의 작업이 많이 발생한다.
④ 간선을 분할 배선해 직선 접속부를 현장 시공할 경우, 압축 공구 등 특수 공구가 필요하다. 또한, 좁은 EPS 내에서는 작업 능률이 나쁘기에 숙련된 전공 두 사람이 4시간 이상을 접속에 매달려야 한다. 이에 비해 부스 덕트는 3m 정도로 부재료를 구축하기에 분할 반입이 가능하고 적층 공법에 대한 추종성이 높으며, 대량으로 케이블을 배선할 경우와 비교해 소형 수납이 가능하다. 그러나 다음과 같은 문제점이 있다. ① 구조적으로 우천 시 수분이나 습기, 지진 등의 진동에 약하다. ② 접속 성능을 유지하려면 접속 · 시설에 숙련된 기능자가 필요하다. ③ 시공 후 정기적으로 볼트를 다시 조여 주는 등의 유지 보수가 필요하다. ④ 가요성可撓性이 없는 금속제라서 휘어지는 배선루트에는 적합하지 않다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위해 개발품은 부스덕트의 용이한 현장 조립과 분기부 케이블의 유연성이라는 쌍방의 장점을 받아들여 기존 제품을 각 층마다 분할 · 절단해 모듈화하기로 했다. 또한 이 개발품은 다음과 같은 경우에 적용하는 것을 상정했다. ① 10층 이상 20층 정도 빌딩이 표준. ② 대형 드럼의 반입이 어렵다. ③ 배선 루트에 휘어지는 구간이 많아 케이블의 포 · 시설이 어렵다. ④ 공사 구간마다 분할 공사 및 부분 운용이 필요하다. ⑤ 향후 변압기 증설이나 이설이 예정된 경우. ⑥ EPS 내 수직 래크, 천장의 수평 래크 등 좁은 작업 공간에서 접속.
⑦ 경험이 적은 일반 전공이 접속 작업을 할 경우. ⑧ 트리플렉스Triplex형 케이블도 사용할 수 있다.
고압 모듈 브랜치 개발 구조｜개발한 고압 모듈 브랜치의 접속 장치에는 직선 접속용 접속 장치(<그림 3> 참조)와 직선 접속뿐 아니라 분기 케이블도 접속 가능한 분기 접속 장치(<그림 4> 참조) 두 종류가 있다. ① 접속 장치는 다면 접촉자나 프리몰드 절연체를 넣은 플러그인 방식을 채용해 전기적, 기계적, 작업성이 우수하다. ② EPS 내 수직 래크의 간선 등 수직부에서 케이블 중량 등과 같은 부하를 효율적으로 저지하는 구조로, 수직 방향 접속을 손쉽게 하기 위해 전용 장치판에 볼트 설치 방식을 채용했다. ③ 여기에 적합한 케이블은 가교 폴리에틸렌 케이블, 내화 케이블 등이며, 케이블의 품종, 도체 적용사이즈는 <표 1>과 같다.
성능｜ 개발품은 <표 2>와 같이 고압 케이블의 접속부에서 요구하는 각종 성능을 가진다.
접속 작업 순서와 작업성 검증｜ 개발품은 다음 순 서로 손쉽게 접속할 수 있다. ① 장치판 설치 : 전용 장치판을 래크의 도리[桁] 등에 설치한다. ② 하부 측 간선 케이블을 매달아 올림 : 리프팅 러그Lifting Lug를 부착한 하부 측 간선 케이블을 정해진 위치까지 윈치 등으로 매달아 올린다. ③ 접속 장치 고정 : 윈치 등으로 매달아 올린 상태 그대로 장치판 뒷면에서 볼트 4개로 접속 장치본체를 고정해(<그림 5> 참조) 간선 케이블을 지지한다. ④ 상부 측 간선 케이블 포설 : 하부 측 간선 케이블과 마찬가지로 접속할 상부 측 간선 케이블을 포설한다. 이때 접속할 상측 접속용 단말과 접속 장치의 접속 부분이 겹쳐지도록 포설한다. ⑤ 리프팅 러그 철거 : 접속 장치 본체를 일단 장치판에서 떼어낸 뒤 리프팅 러그를 접속 장치에서 빼낸다(<그림 6> 참조).
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⑥ 상측 접속용 단말과 접속 장치 접속 : 접속 장치를 앞쪽으로 끌어당겨서 상측 접속용 단말을 접속 장치의 감합嵌合부분에 맞춘 후 케이블을 원래 위치로 되돌리면서 감합한다(<그림 7> 참조). 상측 접속용 단말에 삽입된 플랜지Flange를 볼트 4개로 접속 장치에 고정하면 접속이 완료된다. ⑦ 접속 장치 재고정 : 1상씩 접속이 끝나면 접속 장치 본체를 장치판에 다시 고정시킨다. ⑧ L형 커넥터 부착 케이블의 설치 : 분기 접속장치의 경우, 장치에 설치된 보호 캡을 벗겨 L형 커넥터 부착 케이블을 접속한다(<그림 8> 참조). 케이블을 접속하지 않을 때는 절연 캡을 설치한다. 이상의 순서로 접속 작업성을 검증한 결과, 개발품은 약 30분에서 1시간(3상/두 사람 작업) 사이에 접속 작업을 완료했다. 일반적으로 판매하는 직선 접속 재료를 사용한 경우와 비교해 접속 작업을 크게 단축했다.
장점｜장점을 정리하면 다음과 같다. ① 접속 장치의 접속은 다면 접촉자를 사용한 플러그인 방식으로 꽂고 빼는 것이 가능. ② 특수 공구가 필요치 않으며, 숙련된 기술 없이 빠르게 고품질의 접속이 가능. ③ 프리몰드 절연체를 넣은 볼트 조임 감합 방식으로 절연 처리, 방식防蝕처리 등 현장 작업이 불필요. ④ 접속 작업은 일반 전공 두 사람이 1시간 이내 완료 가능. ⑤ 콤팩트하며, 좁은 EPS 내에 설치가 가능.
⑥ 검전 단자로 정전 유무 확인이 용이. ⑦ 트리플렉스형 케이블에도 적용이 가능하며, 열 신축伸縮, 벽 관통부의 과전류, 순환 전류 등의 대책이 불필요. ⑧ 건축 공정의 제약이 적고, 작업 인원 수가 평준화, 전체 작업량 저감이 가능.
도입 실적 2009년에는 3곳의 현장에서 접속 장치 30세트가 채용됐다. 그 도입 사례를 소개한다. <그림 9>는 3층 간격으로 배치된 서브 전기실의 고압 배전에 사용한 예다. 트리플렉스형 케이블을 사용해 특고 전기실로부터의 수직 간선과 서브 전기실까지의 케이블을 각각 배선해 그것들을 접속 장치로 접속했다. <그림 10>은 2층 간격으로 배치된 서브 전기실의 고압 배전에 사용한 예다. 여기서도 트리플렉스형 케이블을 사용했으며, 2층 분량의 길이로 분할한 간선을 건축 공사의 진척 상황에 따라 아래층부터 차례로 접속했다.
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개발품을 사용함으로써 고층 빌딩의 고압 간선 배선 공사에서 다음과 같은 성력화, 편의성 확대를 도모할 수 있다. ① 건축 공정에 따라 모듈 단위로 순차 시공이 가능. ② 짧은 긍장亘長의 모듈화로 전선 드럼, 포설 기기의 소형화가 가능. ③ 적은 인원으로 시공이 가능. ④ 시스템 변경이나 용량 변경 등 부분적 변경에 대응 가능. ⑤ 분할 공사, 부분적 운용 개시에 대응 가능. 개발품은 간선 배선 공사에 대한 건축 공정의 제약을 저감할 뿐 아니라 성력화, 시스템 변경을 도모할 수 있어 고층 빌딩 건설 공사나 리뉴얼 공사에 최적이라고 판단한다. 또한, 간선의 상태가 일부 좋지 않을 경우 케이블 전장을 바꾸지 않고 해당 부분만 모듈 단위로 쉽게 교환할 수 있다. 향후 이 개발품이 고층 빌딩 등의 고압 간선에 채용되는 것과 함께, 에너지 절약 효과도 기대할 수 있는 전력 공급 간선의 고전압화 보급에 공헌하기를 바란다.
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