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[전문가칼럼] 전기안전지침(KESG) - 분산형전원 계통연계 지침
2018년 11월 1일 (목) 00:00:00 |   지면 발행 ( 2018년 11월호 - 전체 보기 )

전기안전지침(KESG)
- 분산형전원 계통연계 지침 -


최근 서울시는 태양광 1백만 가구 보급과 에너지 프로슈머 확대 등을 주요내용으로 하는 에너지 자립 정책인태양의 도시, 서울계획을 추진하고 있다. 에너지 프로슈머(Prosumer)는 에너지 생산자(Producer)와 소비자(Consumer)의 합성어로 대용량의 생산과 소비의 흐름에서 다양한 생산자의 등장과 분산형 에너지의 사용으로의 변화를 의미한다.
앞으로 이러한 변화는 더욱 확대될 것이며 친환경 에너지산업은 물론, 국민이 참여하는 소규모 분산형전원 기술개발 및 전력거래도 활성화될 전망이다.
: 김기수 차장(한국전기안전공사 정책총괄부 기술기획팀)
출처 : 한국전기안전공사 발행 전기안전기술20185+6월호

1. 목적
이 지침은 분산형전원을 전력계통에 연계하기 위한 기술적인 요건에 대하여, 국내·외 기준 및 표준을 인용하여 제정한 것으로 전기안전 업무 수행에 활용함을 목적으로 한다.

2. 적용 범위 및 방법
이 지침은 분산형전원 설비를 공칭전압 25kV 이하 배전전선로 전력계통에 연계하여 운전하고자 하는 경우에 적용한다.

3. 용어의 정의
3.1 분산형전원(DG, Distributed Generation)
중앙급전 전원과 구분되는 것으로서 전기를 사용하는 지역 부근에서 분산하여 배치 가능한 전원(상용전원의 정전 시에만 사용하는 비상용 예비전원을 제외한다)을 말하며, ·재생에너지 발전설비, 전기저장장치 등을 포함한다.

3.2 Hybrid 분산형전원
태양광, 풍력발전 등의 분산형전원에 전기저장장치(배터리, PCS 등 포함)를 혼합하여 발전하는 유형을 말한다.

3.3 계통연계
분산형전원을 송전사업자나 배전사업자의 전력계통에 접속하는 것을 말한다.

3.4 구내계통(Local EPS, Electric Power System)
분산형전원 설치자 또는 전기사용자의 단일 구내(, 울타리, 도로 등으로 구분되고, 그 내부의 토지 또는 건물들의 소유자나 사용자가 같은 구역을 말한다.) 또는 여러 구내의 집합 내에 완전히 포함되는 계통을 말한다.

3.5 단순 병렬운전
자가용 발전설비 또는 저압 소용량 일반용 발전설비를 계통에 연계하여 운전하되, 생산한 전기의 전부를 구내계통 내에서 자체적으로 소비하기 위한 것으로서 생산한 전기가 상용전원 계통으로 송전되지 않는 병렬 형태를 말한다.

3.6 역송 병렬운전
분산형전원을 계통에 연계하여 운전하되 생산한 전기의 전부 또는 일부가 상용전원 계통으로 송전되는 병렬 형태를 말한다.

3.7 단독운전(Islanding)
단독운전이란 분산형전원이 연계되어 있는 계통에서 고장이 발생하여 계통의 차단기가 개방되거나 작업 또는 화재 등의 발생으로 선로 중에 설치된 차단기를 개방한 경우에 해당 분산형전원이 계통으로부터 분리된 구내계통의 부하에 분산형전원에서 단독으로 전기를 공급하는 상태를 단독운전이라 한다([그림 1] 참조).
3.8 연계용량
계통에 연계하고자 하는 단위 분산형전원에 속한 발전설비 정격출력(교류 발전설비의 경우에는 발전기의 정격출력, 직류 발전설비의 경우에는 사업 허가 설비용량을 말한다.)의 합계와 발전용 변압기 설비 용량의 합계 중에서 작은 것을 말한다.

3.9 플리커(flicker)
입력 전압의 요동(fluctuation)에 기인한 전등 조명 강도의 인지 가능한 변화를 말한다.

3.10 순시 전압변동률
분산형전원의 기동, 탈락 혹은 빈번한 출력변동 등으로 인해 과도상태가 지속하는 동안 발생하는 기본파 계통 전압 실효값의 급격한 변동을 계통의 공칭전압에 대한 백분율로 나타낸 것을 말한다.

3.11 상시 전압변동률
분산형전원 연계 전 계통의 안정상태 전압 실효값과 연계 후 분산형전원 정격출력을 기준으로 한 계통의 안정상태 전압 실효값 간의 차이를 계통의 공칭전압에 대한 백분율로 나타낸 것을 말한다.

3.12 전압 상·하한여유도
상용전원 공급계통 선로의 최소부하 조건에서 산정한 특고압 계통의 임의의 지점의 전압과 표준전압 및 허용오차의 상한치(220V±13V)를 특고압으로 환산한 전압의 차이를 공칭전압에 대한 백분율로 표시한 값을 말한다.

3.13 전압 하한여유도
상용전원 공급계통 선로의 최대부하 조건에서 산정한 특고압 계통의 임의의 지점의 전압과 표준전압 및 허용오차의 하한치(220V-13V)를 특고압으로 환산한 전압의 차이를 공칭전압에 대한 백분율로 표시한 값을 말한다.

3.14 전용변압기
저압 분산형전원의 배전계통 연계를 위해 일반 전기사용자가 연결되지 않은 발전설비 전용 변압기를 말한다.

3.15 상계거래용 변압기
상계거래 연계용량이 배전용 변압기 용량의 50%를 초과하는 경우로 상계거래를 신청하는 고객이 전기공급과 발전을 동시에 하기 위해 설치하는 전용 배전용 변압기를 말한다.

4. 검사 및 점검 기준
4.1 확인사항
1) 분산형전원 종류
분산형전원을 신재생 에너지로 생산하는 태양광, 풍력, 연료전지 발전설비와 계통 및 타 전원으로부터 저장장치에 저장하였다가 필요 시 사용하는 전기저장장치 등을 종류별로 확인한다.

2)
연계의 구분
분산형전원을 계통에 연계하고자 할 경우, 공공의 인축과 설비의 안전, 전기공급 신뢰도 및 전기품질을 확보하기 위한 제반 요건을 다음 각 호와 같이 확인한다.
a) 저압 일반선로 또는 전용선로 연계
b) 전용 변압기 연계
c) 특고압 일반선로 또는 전용선로 연계

3)
연계 용량
구내계통에 연결된 태양광발전과 연료전지발전과 풍력발전, 전기저장장치의 용량을 합산하여 총용량을 확인한다.

4.2 연계기준
1) 동기화
분산형전원의 계통 연계 또는 가압된 구내계통의 가압된 전력계통에 대한 연계에 대하여 병렬연계 장치의 투입 순간에 [1]의 모든 동기화 변수들이 제시된 제한범위 이내에 있는지 확인한다.
2) 감시설비
하나의 공통 연결점에서 단위 분산형전원의 용량 또는 분산형전원 용량의 총합이 250kVA 이상일 경우 분산형전원 사업자는 배전 계통과 연결점에 연결 상태, ·무효전력 출력, 운전 역률 및 전압 등을 측정할 수 있는 장치를 시설하였는지 확인한다([2] 참조).

3) 분리장치
a) 접속점에는 접근이 용이하고 잠금이 가능하며 개방상태를 육안으로 확인할 수 있는 분리장치를 설치하였는지 확인한다.
비고: 단순병렬 분산형전원은 a)항의 조건을 만족하는 경우 책임분계점 개폐기로 대체 가능하다.
b) 역송병렬 형태의 분산형전원이 특고압 전력계통에 연계되는 경우의 분리장치는 연계용량에 관계없이 전압·전류 감시기능, 고장표시(FI, Fault Indication) 기능 등을 구비한 자동개폐기를 설치하였는지 확인한다.
비고: 다만, 전용변압기를 통해 전력계통에 연계하는 단독 또는 합산용량 100kW 이상 저압 분산형전원의 경우 변압기 1차 측에 전압·전류 감시 기능, 고장표시(FI, Fault Indication) 기능, 고장전류 감지 및 자동차단 기능 등을 구비한 자동차단기를 설치하여야 한다.
1,000이상 단순병렬의 경우 감시설비 미설치 시에는 지능화개폐기 및 다기능(통합형)단말장치를 설치한다.

4.3 연계시스템의 건전성
1) 전자장 장해보호
계통연계 시스템은 계통운영상 계통에 나타나는 EMI(Electro Magnetic Interference) 전자장 장해의 영향으로 인하여 연계 시스템이 오동작하거나 그 상태가 변화되지 않는지 확인한다.

2)
서지 보호기능
계통연계 시스템은 계통운영상 계통에 나타나는 서지환경에 견딜 수 있는 능력이 있는지 확인한다.

4.4 계통 이상 시 연계 분리 및 병입
1) 계통 고장
분산형전원은 연계된 계통 선로의 고장 시 또는 작업 시 해당 계통에 대한 가압을 즉시 중지하는지 확인한다.

2)
재폐로 협조
계통에서 이상 또는 고장이 발생할 경우 분산형전원이 계통에서 분리되는 시점이 계통의 재폐로 시점 이전인지 확인한다.

3)
전압
계통에서 이상 또는 고장이 발생할 경우 해당 계통의 전압이 [3]의 비정상 범위에서 정상 범위 내에 들어올 때까지 계통과의 분리 상태를 유지하는지 확인한다.

4) 주파수
계통에서 이상 또는 고장이 발생할 경우 해당 계통의 주파수가 [4]와 같은 비정상 범위 내에서 정상 범위 내에 들어올 때까지 계통과의 분리 상태를 유지하는지 확인한다.
5) 계통 재병입(reconnection)
a) 계통에서 이상 발생 후 해당 계통의 전압 및 주파수가 정상 범위 내에 들어올 때까지 분산형전원의 재병입이 발생하지 않게 되어있는지 확인한다.
b) 분산형전원 연계 시스템은 안정상태의 계통 전압 및 주파수가 정상 범위로 복원된 후 그 범위 내에서 5분이 지난 후에 재병입하도록 하는 지연기능을 갖추었는지 확인한다.

4.5 전기품질
1) 직류 유입 제한
분산형전원 및 그 연계 시스템은 분산형전원 연결점에서 최대 정격 출력전류의 0.5%를 초과하는 직류 전류를 계통으로 유입되지 않도록 되어 있는지 확인한다.

2)
역률
분산형전원의 역률이 90% 이상으로 유지되고 있는지 확인한다.
비고: 역송병렬로 연계하는 경우로서 연계계통의 전압상승 및 강하를 방지하기 위하여 기술적으로 필요하다고 평가되는 경우에는 연계계통의 전압을 적절하게 유지할 수 있도록 분산형전원 역률의 하한값과 상한값을 계통 사업자와 협의하여야 할 경우에는 예외로 한다.

3)
플리커(flicker)
분산형전원은 빈번한 기동탈락 또는 출력변동 등에 의하여 계통에 연결된 다른 전기사용자에게 시각적인 자극을 줄만한 플리커나 설비의 오동작을 초래하는 전압요동이 발생하지 않게 되었는지 확인한다.

4)
고조파
배전계통의 종합 전압 고조파 왜형률(THD, Total Harmonic Distortion)5%를 초과하지 않도록 유입되는 고조파 전류를 50차까지 각 차수별로 제어되고 있는지 확인한다.

5)
상시 전압변동
a) 저압계통 : 상시 전압변동률은 3%를 초과하지 않는지 확인한다.
b) 특고압계통
특고압 일반선로에서 분산형전원의 연계로 인한 상시 전압변동률은 각 분산형전원 연계점에서의 전압 상한여유도 및 하한여유도를 각각 초과하지 않는지 확인한다.
비고: 분산형전원의 연계로 인한 계통의 전압변동이 저압 및 특고압 계통의 범위를 벗어날 우려가 있는 경우에는 해당 분산형전원 설치자가 계통 사업자와 협의하여 전압변동을 저감하기 위한 대책을 수립, 실시하여야 한다.
② ①에 의한 대책으로도 저압 및 특고압 계통의 전압변동 범위 유지가 불가할 경우에는 다음 각 호의 하나로 하여야 한다.
계통 용량 증설 또는 전용선로로 연계
상위 전압의 계통에 연계

4.6 순시 전압변동
1) 저압 기준
계통 병입 시 돌입전류를 필요로 하는 발전원에 대해서 계통 병입에 의한 순시 전압변동률이 6%를 초과하지 않는지 확인한다.

2)
특고압 기준
a) 특고압 계통의 경우, 분산형전원의 연계로 인한 순시 전압변동률은 발전원의 계통 투입·탈락 및 출력 변동 빈도에 따라 [5]에서 정하는 허용 기준을 초과하지 않는지 확인한다.
b) Hybrid 분산형전원의 순시전압변동률은 전기저장장치의 계통 병입·탈락빈도를 합산한 값에 대하여 [5]에서 정하는 허용기준을 초과하지 않는지 확인한다.
비고: 해당 분산형전원의 변동 빈도를 정의하기 어렵다고 판단되는 경우에는 순시 전압변동률 3%를 적용한다.
특고압 계통의 경우 해당 분산형전원에 대한 변동 빈도 적용에 대해 설치자의 이의가 제기되는 경우, 설치자가 이에 대한 논리적 근거 및 실험적 근거를 제시하여야 하고 이를 근거로 변동 빈도를 정할 수 있으며 감시설비를 설치하고 이를 확인할 수 있으면 된다.

4.7 단독운전 방지(anti-islanding)
연계된 계통의 고장이나 작업 등으로 인해 분산형전원이 공통 연결점(PCC)을 통해 계통의 일부를 가압하는 단독운전 상태가 발생할 경우 해당 분산형전원 연계 시스템은 이를 감지하여, 단독운전 발생 후 최대 0.5s 이내의 계통에 대한 가압을 중지하는지 확인한다.

4.8 보호 장치
1) 보호계전기
분산형전원 고장 발생 시 자동으로 계통과의 연계를 분리할 수 있도록 다음의 보호계전기 또는 동등 이상의 기능을 가진 보호 장치를 설치하였는지 확인한다.
a) 계통 또는 분산형전원 측의 단락·지락고장 시 보호를 위한 보호 장치
b) 적정한 전압과 주파수를 벗어난 운전을 방지하기 위한 과·저전압계전기, ·저주파수계전기
c) 단순병렬 분산형전원의 경우에는 역전력 계전기
비고: 동일 전기사용 장소에서 전기를 생산하는 합계 용량이 50kW 이하의 소규모 분산형 전원(, 해당 구내계통 내의 전기사용 부하의 수전계약전력이 분산형전원 용량을 초과하는 경우에 한한다)으로서 4.7항의 단독운전 방지기능을 가진 것을 단순병렬로 연계하는 경우에는 역전력 계전기 설치를 생략할 수 있다.

2)
역송병렬 연계차단
역송병렬 분산형전원의 경우에는 4.7항의 단독운전 방지기능에 의해 자동으로 연계를 차단하는 장치를 설치하였는지 확인한다.

4.9 변압기
분산형전원을 인버터를 이용하여 배전사업자의 저압 전력계통에 연계하는 경우 인버터로부터 직류가 계통으로 유출되는 것을 방지하기 위하여 접속점과 인버터 사이에 상용주파수 변압기(단권변압기를 제외한다)를 시설하였는지 확인한다.
비고: 다음 각 호를 모두 만족시키는 경우에는 상용주파 변압기의 설치를 생략할 수 있다.
인버터의 직류 측 회로가 비접지인 경우 또는 고주파 변압기를 사용하는 경우
인버터의 교류출력 측에 직류 검출기를 구비하고, 직류 검출 시에 교류출력을 정지하는 기능을 갖춘 경우 

5. 평가 대상
본 항은 평가 대상 연계기준으로 다음 각 호 중 하나에 해당되는 경우에 적용한다.
a) 저압 일반선로 누적연계용량이 해당 배전용 변압기 용량의 25%를 초과할 경우
b) 분산형전원의 연계용량이 10,000이하로 특고압 전력계통에 연계되거나 500미만으로 전용변압기(상계거래용 변압기 포함)를 통해 저압 전력계통에 연계되고 해당 특고압 일반선로 누적연계용량이 상시운전용량 이하인 경우로, 변압기 누적용량이 해당 주변압기 용량의 15%를 초과하거나, 특고압 일반선로 누적연계용량이 해당 특고압 일반선로 상시운전용량의 15%를 초과하는 경우

5.1 상시전압 변동
1) 저압 계통
저압 일반선로에서 분산형전원의 상시 전압변동률은 3%를 초과하지 않는지 확인한다.
비고: 전용변압기를 통해 저압 전력계통에 연계하는 분산형전원의 경우, 5.1_3)항의 특고압 계통의 기술요건으로 검토한다.

2)
역송병렬 허용전압 범위
역송병렬 분산형전원 연계 시 저압 계통의 상시전압이 [6]에서 정한 허용범위 이내인지 확인한다.

3) 특고압 계통
특고압 일반선로에서 분산형전원의 연계로 인한 상시 전압변동률은 각 분산형전원 연계점에서의 전압 상한 여유도 및 하한 여유도를 각각 초과하지 않는지 확인한다.
비고: 분산형전원의 연계로 인한 계통의 전압변동이 저압 및 특고압 계통의 범위를 벗어날 우려가 있는 경우에는 해당 분산형전원 설치자가 계통 사업자와 협의하여 전압변동을 저감하기 위한 대책을 수립, 실시하여야 한다.
② ①에 의한 대책으로도 저압 및 특고압 계통의 전압변동 범위 유지가 불가할 경우에는 다음 각 호의 하나로 하여야 한다.
계통 용량 증설 또는 전용선로로 연계
상위 전압의 계통에 연계

5.2 단락전류 제한장치
1) 분산형전원의 연계에 의해 전력계통의 단락용량이 다른 분산형전원 설치자 또는 전기사용자의 차단기의 차단용량(또는 전선의 순시허용전류) 등을 상회할 우려가 있을 때에는 그 분산형전원 설치자가 한류리액터 등 단락전류를 제한하는 설비를 설치하였는지 확인한다.
2) 1)항의 장치로도 대응할 수 없는 경우에는 다음 각 호의 하나로 단락전류를 제한하는 대책을 강구하였는지 확인한다.
(1) 전용 변압기를 통하여 연계
(2) 상위전압의 계통에 연계
(3) 기타 단락용량 대책 강구
비고: 분산형전원의 연계용량이 10,000kW를 초과하는 경우로서, 접속설비를 전용선로로 연계하는 분산형전원의 경우에도 적용대상

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