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[고압수전설비의 계통연계 및 기술동향 2]
계통연계 고압수전설비의 동향
큐비클식 고압수전설비는 기존의 전기실에 기기류를 각각 개별적으로 설치·배선했던 설비와 비교해 안전면·설치면적·비용면 등에서 우위성을 드러내며 1950년대 후반부터는 전기설비의 주력으로서 자가용 고압수전설비의 대부분이 큐비클식 고압수전설비로 교체되어가고 있다. 본고에서는 큐비클의 최근 동향인 계통연계에 대해 말단설비의 개요를 포함한 사례를 중심으로 소개한다.
번역·정리 김대근 기자
큐비클식 고압수전설비란 JIS규격 [C 4620]으로 규정되어 있으며, 고압으로 수전한 전력을 저압으로 변환하기 위한 기기를 금속함 내에 수납·배선한 것이다. 그 종류로서는 크게 다음의 2종류로 나뉘며, 그 기준은 수납하는 설비「트랜스」 용량으로 구분하고 있다.
① PF·S형 최대 설비용량이 300kVA 이하인 소규모 수요가에 도입되는 설비 ② CB형 최대 설비용량이 4000kVA 이하인 대규모 수요가에 도입 되는 설비
계통연계 계통연계란 전력회사에서 구입한 전력과 수요가 측에서 발전한 쌍방의 전력을 동일한 큐비클 설비의 부하에 공급 가능한 것으로서, 수요가 측에서 발전설비를 도입하여 전력회사에 대한 지출 억제를 취지로 하는 수전·발전의 형태이다. 10-15년 전 즈음에는 상용발전기를 사용하여 수요가 측에서 발전한, 이른바 열병합 발전 연계가 주력을 이루었지만, 발전 시 연료인 중유의 가격 상승과 초기에 드는 이니셜 코스트 및 설비 가동 후에 발생되는 러닝코스트 등의 부담 등 도입의 이점을 얻기 어려워 설비의 도입 자체가 하향세를 보이기 시작했다. 그러나 최근에는 자연에너지의 활용을 목적으로 각종 발전 시스템의 보급에 따른 시스템의 저코스트화·보조금을 포함한 다양한 우대제도 및 기업 이미지 향상 등의 이유로부터 계통연계가 태양광 발전을 주축으로 다시금 주목을 받기 시작했다. 태양전지 발전설비 태양전지 발전설비의 도입이 증가하고 있는 배경에는 정부의 온난화 억제「CO₂배출량」정책 추진에 따른 보조금 제도 관련 우대정책 등에 의해, 최근의 보급 촉진은 현저한 성장세를 보이고 있다. 태양광 발전이란 개략적으로 설명하면 태양의 빛에너지를 태양전지 「태양광 패널」에서 직류의 전기를 발생시키고, 이후 파워 컨디셔너를 이용하여 교류로 변환해 통상의 전기설비「부하」및 계통에 공급하는 시스템이다. 이러한 태양광 발전을 포함한 계통연계의 형태는「계통연계규정」에 의해 정해져 있으며, 일반 전력계통과 연계하기 위해서는 몇 가지 제약사항이 있기 때문에 사전에 규정들에 대한 내용을 숙지할 필요가 있다. 계통연계는 크게 아래의 3가지로 구분되는데, 큐비클식 고압수전설비의 부하측에 태양전지 발전설비가 설치된 경우에는「고압연계」로 분류된다. ● 저압 배전선과의 연계「저압연계」 ● 고압 배전선과의 연계「고압연계」 ● 특별고압계통과의 연계「특별고압연계」
최근, 태양광 발전 사업이 추진되고 있는 이유에는 다음과 같은 장점으로부터 환경을 생각하고, 또한 설치의 우위성이라는 이점 등 차세대 발전 시스템으로서 향후 수요가 꾸준히 늘어날 분야로 전망되고 있기 때문이다. ① 발전 시에 이산화탄소(CO₂)가 발생하지 않기 때문에 친환경적이며, 온난화 억제에 직결되는 발전 시스템이다. ② 태양광 에너지는 날씨에 의해 좌우되지만, 화석연료와 같이 고갈의 우려가 없어 무궁무진하게 공급이 가능하다. ③ 태양광이 내리쬐는 장소라면 설치 가능하기 때문에 설비도입 장소에서의 제약이 적다.「 지붕 등에 설치 가능」 이번에는 고압계통 연계 시스템을 구축할 시의 기본적인 회로구성과 큐비클 내에 수납될 가능성이 있는 기기에 대해 그 일부를 소개한다.
회로구성 ① 매전(賣電)[역조류]할 경우의 회로의 예
매전(역조류)이란 전력회사의 배전계통에 수요가 측에서 발전한 전력을 흘려보내 전력회사에 전기를 파는 경우를 말하며, 이 경우에는 고압측에 구매용(買電用) 전력량계와 판매용(賣電用) 전력량계, OVGR 및 ZPD가 필요하다. 또 저압측 전로에는 태양전지 발전설비에 연결되는 역접속 가능형의 누전차단기(또는 배선용 차단기)가 설치된다. 전력회사의 매전용(賣電用) 전력량계(VCT 포함)는 수요가가 준비하는 경우와 전력회사의 것을 사용하는 경우가 있기 때문에 사전에 전력회사와의 협의 및 확인 시 주의가 필요하다. ② 매전(역조류)하지 않는 경우의 회로의 예 전력회사에 매전하지 않는 경우는 구매용(買電用) 전력량계만으로, 판매용(賣電用) 전력량계는 설치할 필요가 없다.
※단, 매전(賣電) 없이 역조류가 인지되지 않는 경우는 OVGR과 ZPD에 RPR 및 CT, VT가 추가되는 경우가 있어 이 부분도 사전에 전력회사와의 협의 및 확인 시 주의가 필요하다.    기기 앞의 회로구성에서는 태양전지 발전설비를 큐비클식 고압수전설비의 부하측에 연결할 때 몇 가지 기기가 필요하다는 점을 설명했다. 여기서는 그 기기에 대해 보다 자세히 설명한다. ① 계기류 태양전지 발전설비에서 발전한 전력을 전력회사에 판매하는 경우에는 매전용 계기류가 필요하다. 그로 인해 큐비클식 고압수전설비의 치수 변경 및 증설이 발생할 가능성도 있기 때문에 주의가 필요하다. ② 계전기류 계통연계에 필요한 계전기의 대부분은 파워 컨디셔너 내에 수납되어 있는데, 계통측의 지락 및 역조류의 검출은 파워 컨디셔너부에서는 생기지 않기 때문에 큐비클식 고압수전설비 내에 설치하게 된다. 큐비클식 고압수전설비 내에 설치하는 계전기로서는 OVGR(지락 과전압 계전기)과 RPR(역전력 계전기)이 있다. OVGR은 ZPD(영상전압검출기)와 조합하여 사용하며, 계통측의 지락사고를 검출하기 위해 설치하는 계전기이다. 지락사고의 검출에 OVGR을 사용하는 이유는 OCGR을 사용하면 지락 사고 시 발전설비의 설치자 측에서 유출되는 케이블의 충전전류가 작아 동작하지 않을 우려가 있기 때문에 OVGR로 지락 과전압을 검출한다. 다음으로 RPR은 CT(변류기) 및 VT(계기용 변압기)와 조합하여 사용하며, 역조류의 검출에 이용된다. 역조류란 발전설비 설치자의 구내에서 계통측으로 향하는 유효전력의 흐름이며, 이른바 태양전지 발전설비로 발전하여 수요가 내에서 소비되지 않고 전력회사의 배전선으로 유입되는 전력을 말한다. 전력회사와의 계약에서 역조류가 허용되지 않는 경우는 역전력을 파악해 출력을 억제할 필요가 있기 때문에 역전력 요소를 검출할 수 있는 계전기의 설치가 필요하게 된다. 그 밖에 역조류가 허용되는 경우에 있어서도 태양전지 발전설비로 발전한 전력을 흐르게 함으로써 잘못된 곳이 있는 회로(예를 들면, 심야전력 및 전기주방 등의 전력요금 할인계약회로 등)가 존재하는 경우는 RPR을 이용하여 그 회로에 태양전지 발전설비로 발전한 전력이 흐르지 않도록 회로를 구성하는 경우도 있다. 또한, 계전기의 전원에도 주의가 필요하다. 계통연계규정에서는 OVGR과 RPR 등의 제어전원을 상용전원에서 확보하는 경우,「릴레이(계전기) 자체에 전원을 필요로 하는 것은 상용전원의 정전 후에 릴레이의 동작책무가 확실하게 이루어질 수 있도록 정전보상이 되고 있는 것」이라고 기재되어 있으며, 백업 전원을 설치하는 등 정전에 대한 조치가 필요하다. ③ 배선용 차단기 태양광 발전설비에 연결되는 배선용 차단기는「역접속 가능」이 조건으로 꼽힌다. 인정(認定) 큐비클에서의 태양전지 발전설비 및 대응 인정 큐비클이란 소방청 고시 제7호「큐비클식 비상전원 전용 수전설비의 기준」에 적합한 큐비클식 비상전원 전용 수전설비로서, 사단법인 일본전기협회의 인정위원회에서 인정받은 큐비클식의 고압수전설비를 가리킨다. 이 인정 큐비클에 태양전지 발전설비를 신설 시 연결할 수 있다. 단, 연결 시에는 몇 가지 조건이 있으며, 그 조건들을 다음 아래에 열거한다. ● 연결 개소와 관련, 전용 변압기(소방용 설비에만 이르는 회로를 가진 변압기) 및 공용 변압기(소방용 설비 및 일반회로에 이르는 회로를 가진 변압기)에는 연결할 수 없다. ● 태양전지 발전설비의 고장 시 인정 큐비클의 보호장치와보호협조가 이루어질 것.● 해열(전력계통에서 발전설비를 분리) 개소는 일반용 변압기(일반회로에만 이르는 회로를 가진 변압기)의 2차측에 설치한 부분일 것. ● 해열개소의 배선용 차단기 등은 충분한 차단성능을 가진 것으로 하고, 정격전류는 변압기 2차측의 정격전류를 넘지 않을 것. ● 파워 컨디셔너는 전기설비 기술기준의 해석, 전력품질 확보에 관한 계통연계 기술요건 가이드라인, 계통연계규정에서 규정하는 성능 및 기능을 가질 것. ● 파워 컨디셔너의 정격출력은 연결하는 일반용 변압기의 정격용량 이하일 것. 이와 같이 인정 큐비클에 태양전지 발전설비를 연결하는 데에는 위의 조건들을 모두 만족시켜야 한다. 또 이미 설치되어 있는 인정 큐비클에 태양전지 발전설비를 연결하는 경우에는 공사 내용이‘ 개조’로 취급되기 때문에 관할 소방서에 개조 내용을 설명하고, 지시를 받게 된다. 큐비클 2차측 설비 큐비클 2차측에 설치되는 설비는 말단(맨 아래)에서부터 다음과 같은 흐름이 된다.
접속함 태양광 패널로 발전한 직류전력은 복수의 계통에서 입력되기 위해 회로를 단일 회로로 정리할 필요가 있다. 접속함은 다이오드 등을 사용해 안전하게 직류전로를 한데 모으고 난 후에 단일회로 출력하는 기기이며, 태양전지 발전설비에서는 말단설비에 해당된다. 직류 집전함 복수의 접속함에서 입력된 회로를 재차 단일 회로로 집약시켜 파워 컨디셔너 수납함에 출력하는 기기이다. 소규모의 태양광 발전 시스템의 경우에는 접속함에서 직접 파워 컨디셔너로 연결되기 때문에 없는 경우도 있다. 파워 컨디셔너 수납반 태양광 패널에서 직류전로「접속함→직류 집전함」을 교류전로로 변환하는 파워 컨디셔너를 수납하는 기기이다. 주택용의 소용량에서 산업용의 대용량까지 폭넓은 라인업을 갖추고 있다. 단, 치수는 제조업체에 따라 다르기 때문에 사이즈의 확인에는 주의가 필요하다. 교류 집전함 복수의 파워 컨디셔너 수납반에서 출력된 교류전로를 최종적인 1개의 교류전로로 만들어 출력회로에 집약시키는 기기이다. 집약된 교류전로는 차단기를 통해 큐비클 내에 연결하고, 상용전원 및 설비부하에 계통연계된다. 기상정보 TD함주로 일사계 및 기온계로부터 설치장소의 환경정보를 받 아 발전상태·효율의 표시 및 분석에 사용하는 데이터 변환기(아날로그→디지털)를 수납하는 기기이다.
태양광 발전을 주축으로 한 계통연계에 관해서는 큐비클식 고압수전설비에서의 수전 형식뿐만 아니라, 단독주택 등 저압에서의 수전형태를 포함해 최근 급속도로 보급이 진전되고 있다. 이러한 경향은 앞서 본문에서도 소개했듯이 환경을 생각하는 생태학적인 관점을 중심으로 향후 더욱더 증가할 것으로 예측되고 있다. <Energy News>
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