월간전기

[기술 특집] 가로등 방수형 접속함

2009-08-07

최고의 기술력으로 전기안전 사고 예방
가로등 방수형 접속함

미성산업(www.misung901.com)
연구개발부_신덕용 부장
(031)451-4147

개요

최근 몇 년 사이 하절기 집중호우 등으로 옥외에 노출된 상태로 시설되는 가로등 전기 시설물이 침수되어 일반 보행자들이 가로등 누전으로 인한 감전사고로 사망하는 사고가 빈번하게 발생했다. 이에 가로등 방수형 접속함은 전기안전에 대한 대책으로 개발된 제품이다.
그동안 가로 조명 전기설비의 전기안전에 대한 재인식으로 다양한 제품들이 개발 · 시험되고 있지만, 등주 내 접속 부분은 크게 3가지 형태로 진행돼왔다.
과거 가장 빈번하고 일반적으로 행해져 온 접속방법은 분전함에 누전차단기를 설치하고 개별 가로등주에는 누전차단기 없이 테이프 처리를 하는 것이었다. 이후 등주 내 베크라이트에 노출형 단자대와 누전차단기를 설치했으나, 단자대와 누전차단기가 그대로 노출되어 여전히 누전사고의 위험성을 피할 수는 없었다. 따라서 오늘날은 위의 두 접속 방법의 문제점을 개선하기 위해 누전차단기 또는, 누전이 발생하면 즉시 전기 공급을 차단시키고 다음날 전원투입 시 누전 상태에 따라 자동으로 복귀되는 누전릴레이를 내장하고, 선로의 절연저항 측정 점검 기능과 접속 부분을 완전히 방수시킨 가로등 방수형 접속함을 설치하는 형태로 개발이 진행되고 있다.

누전차단기를 내장한 가로등 방수형 접속함 LTB-300

1. 개발 기술의 동기
가로등 전기 시설물의 누전 원인을 살펴보면 대체로 절연전선 피복이 벗겨진 경우 및 누전차단기나 안정기 충전부, 케이블 접속부의 노출 등이 우천이나 결로 현상으로 누전을 야기한다.
발생 빈도가 높은 우천 시나 결로 침수 시의 누전은 일시적인 현상이 대부분으로, 일기가 쾌청하면 절연이 회복되는 특성을 갖고 있으며 주로 케이블 접속부에서 발생한다. 이것은 테이프 처리 방식이나 단자대 접속 방식이 대부분이었던 종전의 시공 방법의 문제점으로 대두되고 있다.

테이프 처리 방식은 600V CV 절연 케이블의 피복을 벗겨 연결하거나 압착단자로 압착한 후 볼트와 너트로 접속한 압착단자 상호 간을 전기 비닐 테이프 등으로 감아 마감 처리를 한다(<그림 1> 참조).
그러나 이 방식은 습기와 고열, 분진 등으로 인해 밀착면에 균열이 생기고 테이프의 접착력이 떨어지기 쉬워 장마나 집중호우가 빈번한 여름철 누전이나 단락사고의 원인으로 계속 지목되어 왔다.
단자대 접속 방법은 케이블 끝단을 압착단자로 압착한 후 노출 단자대에 접속하여 등주 내 베크라이트 등에 설치하는 방법이다(<그림 2> 참조). 이 접속방법은 오히려 접속부에 대한 별도의 절연 대책 없이 그대로 충전부가 노출되어 있어 우천, 결로, 침수시에 테이프 처리 방식보다도 누전 또는 단락사고의 위험이 매우 높다.
이러한 시공 방법과 함께 대두된 것이 누전차단기의 설치 여부이다. 누전차단기는 지중선로 케이블에서 분기해 램프에 전력을 공급하며 등주 내에서 발생되는 누전을 차단한다. 종래 누전차단기 없이 테이프 또는 단자대 시공으로 누전사고 문제가 발생했다면(이 경우 분전함의 누전차단기가 동작하지 않는 이상 가로등은 결코 소등되지 않는다), 누전차단기 설치는 분전함의 누전차단기 오작동 또는 고장으로 인한 누전 시 그대로 인명사고로 이어질 수 있었다.
따라서 등주 내 차단기 설치는 누전사고를 2차적으로 막을 수 있다는 데 의미가 있다. 그러나 습기나 물기 침투 시 오작동의 우려가 높은 누전차단기의 특성상 방수시키지 않은 채 설치할 경우, 1차측 전원은 여전히 살아 있어 누전 시 분전함의 누전차단기가 작동되어 해당 가로등주 모두가 소등될 우려가 있으며, 가로등 본래의 기능을 잃을 수 있다는 단점이 있다. 그러므로 인명사고 예방과 가로등 본래 기능을 살리기 위해서는 누전차단기를 방수시켜야 한다.
이러한 근본적인 문제점을 해결하기 위해서는 누전이 발생할 수 있는 모든 케이블 접속점(누전차단기 접속과 안정기와 램프선과의 접속점, 차단기와 안정기와의 접속점 포함)을 방수시켜야 하며 누전차단기의 오작동을 줄이기 위해 방수함에 내장해야 한다. 방수형 접속함(모델 : LTB-300)은 이러한 기능들의 요구에 따라 고안된 제품이다(<그림 4> 참조).

2. 제품 특징 및 장점
이 가로등 방수형 접속함(LTB-300)은 접속함 하나로 분전함에서 나온 주 케이블의 접속과 차단기와의 접속, 안정기와의 접속을 일체화시킨 제품이다.
따라서 분기회로에서 나온 케이블을 접속함에 접속시키고 접속함의 2차측 리드선과 안정기를 접속만 하면 앞에서 제기된 누전 문제를 완벽에 가깝게 해결할 수 있다는 장점이 있다. 또한 접속 방법이 케이블 외피를 벗겨 접속함 접속구에 넣고 볼트로 조이기만 하면 되는 볼트 조임식이어서 시공 시간의 단축은 물론, 선로의 절연저항 측정 점검도 용이해 그만큼 유지 관리 비용이 대폭 절감되도록 설계한 제품이다.

(1) 완전 방수 처리된 접속함
난연성(難然性), 내열성이 우수한 폴리카보네이트(Polycarbonate) 합성수지제 재질의 방수 접속함은 누전차단기를 내장하고 있으며, 기본적으로 국제방수등급 IP67(6 : 방진, 7 : 방수)을 획득한 제품이어야 한다. 7등급의 경우는 수중 1000㎜에서도 물의 침투가 없는 최고 등급이다.
LTB-300 조립 시 모든 부분을 난연성 실리콘 러버(Silicon Rubber)로 패킹했기 때문에 완전 방수가 가능하며, 접속함 내부로 물이나 먼지 등의 침투가 발생하지 않게 했다(IP67 등급 획득).

(2) 케이블 접속부의 방수 및 시공의 편리성
케이블 접속 부분의 방수 처리는 총 3부분으로, 전원측 접속부와 안정기와 방수함 간, 안정기 출력측과 램프선과의 접속 부분이다.
전원측 접속 부분의 방수캡은 본체 단자와 방수캡사이에 오링 구조로 되어 있으며, 안정기와 램프 연결 시 사용되는 직선 방수캡 역시 양쪽 끝단 내부에 오링 구조로 만들어 방수에 완벽을 기했다.
지금까지는 절연 테이프나 단자대의 압착단자 접속 시 많은 시간이 소요됐으나, 이 제품은 접속단자에 케이블을 벗겨 넣고 무드볼트로 조이기만 하면 접속이 쉽게 이루어지도록 했으며 6~35㎟의 케이블을 공용으로 적용할 수 있다. 따라서 기존보다 시공이 편리할 뿐만 아니라 공기단축을 이룰 수 있는 효과도 있다.

(3) 선로의 절연저항 측정 점검 기능
기존 접속부에서 선로에 발생한 누전 및 절연 불량 개소를 찾고자 할 때는 절연 테이프를 일일이 풀어야만 했다. 간혹 경화되어 테이프를 풀기 어려울 경우에는 절단해 절연저항을 측정한 후 다시 접속하고 절연시켜야 하는 불편함이 따랐다. 이러한 과정은 많은 시간과 노력이 필요할 뿐만 아니라 접속점을 절단할 경우 등주 간의 배선 길이가 짧아져서 개보수 및 절연저항 점검에 지장이 발생한다. 이와 같은 애로사항을 감안해 LTB-300에는 절연저항 측정점검구 기능을 구성했다. 등주 내 접속은 3분기 접속으로 이루어지는 데(<그림 5> 참조), 3분기의 분기점(전원 인입접점단자, 전원 인출접점단자, 누전차단기 전원측 접점)에 접점을 형성시키고 점검구뚜껑에 연결 동판을 형성해 뚜껑을 닫으면 연결 동판 접점과 상호 접속하여 전원이 통전되게 하는 원리이다. 점검구 뚜껑을 닫을 때는 어느 정도 압력점과 스프링의 압출력이 상호 작용으로 통전이 된다.

스프링의 압출력에 따라 점검구 뚜껑의 접점판에 강한 힘이 전달되어 뚜껑이 파손되거나 접점이 자동 개방되지 않도록 스프링의 압출력을 완벽히 계산해 나온 제품으로, 점검구 뚜껑을 열면 본체 접점과 상부연결 접점이 자동 분리되어 점검을 용이하게 했다.

누전릴레이를 내장한 방수형접속함(자동복귀형)LTB-500

가로등 누전릴레이 방수함(모델 : LTB-500)은 LTB-300과 동일한 방수 성능 및 기능을 가지면서 내부에 누전차단기 대신 자동으로 복귀되는 누전릴레이를 내장한 제품이다(<그림 6> 참조).
이 제품은 가로등에서 발생하는 누설전류를 감지하여 누전 발생 시 자동으로 전원을 차단시키며, 차단된 후에 유지 보수 직원이 일일이 확인하고 복귀를 해주어야 하는 어려움을 감안해 다음날 저녁 전원 재투입 시 누전 상태에 따라 자동 복귀되도록 개발했다. 또한 고감도전류(15㎃)를 채택해 누전이 발생한 가로등의 전원만 차단시키며 분전함 및 타 가로등은 점등상태를 그대로 유지하도록 개발했다.

일반적으로 누전차단기는 교류 600V 이하의 저압전로에서 인체의 감전사고 및 누전에 의한 화재를 방지하기 위한 차단기로 사용되며, 정격감도전류 30㎃, 동작시간 0.03초 이내에 작동하여 전원을 차단하게 된다. 그러나 자동 복귀형 방수접속함은 상시 침수 지역, 인체 접근이 용이하여 감전 위험이 특히 높은 지역이나 가로등의 유지 보수가 어려운 개소를 위한 다른 기능으로 개발된 것으로, 아직까지는 한국전기안전공사 인증센터의 규격이 유일하다. 따라서 LTB-500은 한국전기안전공사의 규격에 따라 ① 정격감도전류 15㎃ 이하에서 동작되며 ② 복귀감도전류 10㎃ ③ 정격동작시간 0.03초 이내인 충격파 부동작형으로 ④ 정격감도전류에서 동작 시 전원 개방 후 복구(Reset)되며 ⑤ 과전류 시 기기 자체 보호가 가능하도록 설계됐다(퓨즈내장).
자동 복귀형 누전릴레이는 가로등 분전함에 전원이 공급되면 부하의 두 전원 라인이 누전 상태인지를 점검하면서 동작한다. 이때 전원 라인과 접지 간의 저항은 가로등이 여러 개 적용되어 있음을 감안해 약 200㏀이상인 지를 측정한다. 전원 라인과 접지 간의 저항이 200㏀ 이상이면 정상 동작으로 가로등 램프로 전원을 출력하고, 이하면 전원을 출력하지 않는다. 동작 중에 누전이 발생하면 즉시 전원을 차단한다. 설치 시 또는 누전릴레이의 동작을 점검하기 위해 TEST 버튼과 RESET 버튼이 있는데, TEST 버튼은 누전 상태를 임의로 만들어 정상적으로 동작하는 지를 점검할 수 있다. 반면 RESET 버튼은 누전릴레이를 초기화하여 정상 동작을 할 수 있도록 했다.

마무리

하절기 집중호우 등으로 가로등 전기 시설물이 침수되어 각종 감전사고가 발생함에 따라 안전대책에 관심이 집중되고 있다. 가로등이 본래의 기능인 야간 도로 이용자 즉 운전자에게는 교통안전, 보행자에게는 범죄 예방적 기능에만 치중한다면 굳이 이러한 노력은 별 의미가 없어 보이기도 하다. 그러나 어떠한 경우에도 인명이 최우선일 수밖에 없기 때문에 인명과 가로등 본래의 기능을 올바르게 살릴 수 있는 기술 개발과 확대가 요구되고 있다. 지금도 많은 지역에서 가로등 방수형 접속함이 설치되고는 있지만 아직까지 접속함에 대한 인식이 미흡한 것도 사실이다. 그러나 앞으로도 업계에서는 현장에 맞는 응용된 방수 제품이 계속 개발될 것으로 보이기 때문에 가로등으로 인한 감전사고가 줄어들 것으로 기대된다.

순시전압저하(Instantaneous Voltage Sag or Dip)

정격주파수에서 지속시간이 0.5싸이클에서 1분 정도, 전압 저하의 정도가 실효치 기준 0.1p.u.에서 0.9p.u.인 현상을 말한다. 이 중에서 특히 지속시간이 0.5싸이클에서 30싸이클 정도가 되는 전압 저하 현상을 순시전압저하라고 한다.

순시전압상승(Instantaneous Voltage Swell)

전압상승은 정격주파수에서 지속시간이 0.5싸이클에서 1분 정도, 전압 크기가 실효치 기준 1.1p.u.에서 1.8p.u.인 현상을 말하며, 이 중에서 지속시간이 0.5싸이클에서 30싸이클 정도로 되는 현상을 순시전압상승이라고 한다.

순시정전(Instantaneous Interruption)