버스 전용 도로 안전 확보를 위한 몇 가지 기술적 권고사항
우리나라 경제의 급속한 발전과 현대화에 따라 전기 안전에 대한 국민들의 인식이 점차 높아지고 있으며, 선진국에서는 전선과 케이블 대신 버스웨이를 사용하는 사례가 늘고 있습니다. 우리나라에서도 변압기에서 배전반 및 배전반 출구까지의 고전류 간선로에 버스웨이가 일반적으로 사용되고 있는데, 이는 버스웨이가 안전성, 환경 보호, 수명 및 실용성 측면에서 케이블보다 우수하기 때문입니다. 따라서 설계 단계부터 버스웨이는 전력 간선 송전 설비의 필수 구성 요소가 되었습니다. 그러나 버스웨이의 설계 및 선정 시 안전 및 기술적 문제를 간과하면 버스웨이 내 단락 등의 사고가 발생할 수 있습니다. 저는 오랫동안 버스웨이 설치 분야에 종사해 왔으며, 지금부터 버스웨이의 안전 기술 몇 가지를 간략하게 설명드리겠습니다.
1. 버스 전용차로 보호 등급 및 사용 환경 표:
버스웨이 쉘의 보호 수준은 주로 버스바의 가공 정밀도를 의미하며, 밀봉 조치는 사람이나 동물이 활선 장비에 직접 접촉하는 것을 방지하고, 이물질이나 물이 버스웨이 내부로 유입되어 장비의 안전에 영향을 미치는 것을 방지하는 중요한 지표입니다.
일반적으로 버스웨이에서 발생하는 대부분의 전기 사고는 커넥터 설치 및 보호 등급의 미비로 인해 발생합니다. 버스웨이의 보호 등급은 버스바 본체의 보호 등급뿐만 아니라 설치 커넥터의 보호 등급도 포함합니다. 현재 시판되는 많은 버스웨이는 IP54, IP65, IP66 등의 보호 등급으로 표시되어 있지만, 버스바 본체의 보호 등급은 이러한 요구 사항을 충족하는 반면 커넥터의 보호 등급은 IP30 또는 IP40에 불과한 경우가 많습니다. 따라서 커넥터의 설계 및 가공은 매우 중요한 요소입니다. 커넥터가 제대로 밀봉되지 않으면 버스바 본체의 보호 등급이 아무리 높더라도 버스웨이의 안전한 작동을 효과적으로 보장할 수 없습니다. 이러한 소홀함의 원인은 전기 규격 IEC60439.2 및 국가 표준 GB7251.2 버스웨이 보호 등급 시험 기준에서 버스바 본체 검사만 요구하고 커넥터 검사는 생략하도록 규정하고 있기 때문이며, 이는 버스웨이의 안전하고 안정적인 작동을 전제로 합니다.
버스바를 선택할 때는 제조사에 샘플 제공을 요청해야 하며, 샘플은 플러그인 인터페이스 본체와 커넥터에 두 개 이상의 유닛이 연결된 버스바여야 합니다. 버스바 본체, 플러그인 인터페이스 및 커넥터의 보호 성능을 조사하여 버스바의 보호 수준이 설계 요구 사항을 충족하는지 여부를 판단할 수 있습니다. 단일 버스바 샘플이나 커넥터가 연결된 버스바 샘플만으로는 커넥터의 방수 및 방진 성능이 보호 수준 요구 사항을 충족하는지 여부를 판단할 수 없으므로, 버스바를 선택할 때 커넥터의 보호 수준은 매우 중요합니다.
많은 프로젝트에서 설계 단계부터 버스웨이 외벽의 보호 등급을 명시하지 않고, 발주처에서도 구체적인 요구사항을 제시하지 않아 프로젝트 비용만을 고려하여 IP30 또는 IP40 등급의 버스웨이를 선택하는 경우가 많습니다. 이러한 상황에서 먼지 축적, 습도 변화 및 일교차로 인한 표면 결로, 또는 장비 내부로 물이 침투하여 발생하는 단락 등으로 인해 사고가 빈번하게 발생하는데, 특히 상하이에서는 이러한 사고가 빈번하게 발생합니다. 따라서 버스웨이 선정 시에는 안전을 확보하는 방법을 반드시 준수해야 하며, 사용 환경 요구사항에 따라 적절한 보호 등급의 버스웨이를 선택해야 합니다.
버스웨이 보호 등급 선택 (표 1 참조) 권장 사항: 배전실에서는 보호 조치가 더욱 철저하므로, 압축기에서 배전반까지의 버스웨이 보호 등급은 IP30 또는 IP40이면 충분합니다. 배전반 출구 버스웨이는 IP54 등급이어야 합니다. 지하실이나 수평 설치 버스웨이의 경우, 소방용수 분사 및 차량 출입으로 인해 환경이 습하고 먼지 입자가 많으며, 소방용수 사용이나 정기적인 화재 시험 등으로 버스웨이가 습기에 노출될 가능성이 높아 버스웨이의 안전 운전 및 수명에 심각한 영향을 미칩니다. 따라서 수평 설치 및 옥외 설치 시에는 IP65 이상의 보호 등급을 갖춘 버스웨이를 사용해야 합니다. 매설 또는 케이블 트렌치 설치 시에는 IP68 등급을 사용해야 합니다. 수직 승강로에 설치되는 버스웨이는 밀폐되어 보호 성능이 우수하므로 IP40 이상의 보호 등급을 갖춘 버스웨이로 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
2. 절연 매체 및 절연 저항:
절연 성능은 버스웨이의 안전한 운전을 보장하는 또 다른 중요한 지표입니다. 절연 성능에 영향을 미치는 요소는 도체를 감싸는 절연 재료, 설치에 사용되는 절연 부품, 연결 부품의 절연 재료, 그리고 플러그인 스위치 박스의 절연 재료입니다. 이러한 절연 재료를 통해 버스웨이의 높은 절연 성능을 확보할 수 있습니다.
시중에는 다양한 종류의 버스웨이 절연 재료가 판매되고 있습니다. 버스웨이 표준에서는 절연 저항이 20MΩ 이상이어야 한다는 조건만 명시하고 있을 뿐, 절연 재료의 재질이나 등급에 대한 구체적인 요구 사항은 없기 때문입니다. 버스웨이 본체의 절연 성능은 우수하더라도, 연결부나 플러그 연결부의 절연 재료가 불량하여 설치 후 절연 저항이 국가 표준에 미달하는 경우가 있으며, 이로 인해 일정 기간 가동 후 단락 사고가 발생하기 쉽습니다. 따라서 버스웨이의 절연 매체는 난연성 재질을 사용하고, 설치 후 내열 온도가 130°C 이상이며 절연 저항이 20MΩ 이상인 것을 권장합니다. 버스웨이 연결부 접촉 불량이나 과부하 또는 단락으로 인한 아크 발생, 그리고 이 아크가 절연 재료에 옮겨붙어 발생하는 전기 화재는 우리 주변에서 드물지 않게 발생합니다.
3. 알루미늄 도체 버스웨이의 구리-알루미늄 전환 기술:
구리 자재 가격은 2005년 이후 몇 배로 올랐으며, 알루미늄 도체 버스웨이 가격은 구리 도체 버스웨이 가격의 절반에도 못 미치고, 구리 케이블보다는 절반 이상 저렴합니다.
선진국에서는 구리 대신 알루미늄을 버스바 도체로 사용하는 비율이 높으며, 우리나라에서도 점차 알루미늄 도체의 사용이 증가하고 있습니다. 실제 사용 환경에서 알루미늄은 안정적이지만, 재료 선택의 폭은 구리보다 넓습니다. 특히 중요한 안전 기술에 주의를 기울여야 합니다. 버스바 입구에는 구리 바 형태의 케이블이 사용되고, 출구 라인과 플러그인 박스, 스위치 박스에는 구리 단자가 연결됩니다. 이 두 부분의 구리-알루미늄 전환 기술을 제대로 처리하지 않으면 3~5년 내에 산화가 발생할 수 있습니다. 따라서 알루미늄 도체 버스바를 선택할 때는 제조사의 구리-알루미늄 전환 기술 처리 방식을 명확히 확인하여 향후 안전하고 신뢰할 수 있는 사용을 보장해야 합니다.
4. 버스웨이 변위 후 보호 시스템:
모선로에는 전원 공급 출력을 위한 여러 개의 분기 플러그 박스가 있으며, 각 분기 플러그 박스의 모선로 주전류가 감소되므로 모선로 변경 및 재배치를 통해 비용을 절감하는 경우가 많습니다. 변경 후 자동 에어 스위치를 사용하는 경우, 사용 중 조작이 불편하고 공간이 협소하여 설치가 불가능한 곳이 있으며 비용 또한 높습니다. 스위치를 설치하지 않으면 재배치 후 모선로 과부하에 대한 보호가 되지 않으므로, 비용 절감을 위해 모선로 분기의 부하를 줄이고 재배치 후 연결부에 모선로 작동 온도를 감지하는 모선로 보호기 MCPP-2를 설치하는 것이 좋습니다. 과열 경보가 울리거나 설정 온도를 초과하면 주 전원 스위치가 차단되어 모선로의 안전한 작동을 보장합니다. 또는 제어 박스에 온도 조절기 2개를 설치하여 모선로의 안전을 확보할 수도 있습니다.
5. 플러그인 박스에는 연동 장치가 장착되어 있어야 합니다.
플러그인 스위치 박스에는 기계식 인터록 장치가 장착되어 있어야 하며, 스위치가 닫힌 위치에 있을 때는 플러그인 박스의 플러그를 꽂거나 뽑을 수 없어 부하가 연결된 상태에서 플러그를 꽂거나 뽑을 때 발생하는 아크로 인한 안전사고를 방지해야 합니다.
버스웨이의 주요 장점 중 하나는 편리한 탭 연결이며, 플러그인 스위치 박스는 시스템에 전원이 공급되는 동안에도 플러그를 꽂거나 뽑을 수 있어 유지 보수, 분기선 개조 및 용량 증설이 더욱 편리합니다. 그러나 플러그인 스위치 박스를 부하가 연결된 상태에서 꽂거나 뽑을 경우, 연결 또는 분리 순간 아크가 발생하며, 스위치의 정격 전류가 클수록 아크의 크기가 커지고 소멸이 더욱 어려워집니다. 강한 아크는 화재를 일으킬 수 있으며, 심한 경우 심각한 인명 피해나 사망에 이를 수도 있습니다. 따라서 부하가 연결된 상태에서 플러그를 꽂거나 뽑는 것을 방지하기 위해 기계적 연동 장치를 사용하는 것은 안전과 관련된 중요한 조치입니다.
플러그인 스위치 박스에는 기계식 연동 장치가 장착되어 있으며, 플러그인 박스의 회로 차단기는 박스가 열린 상태에서만 삽입 또는 분리할 수 있습니다. 또한, 플러그인 박스를 버스웨이 플러그인 인터페이스에 삽입한 후 박스 도어를 닫아야만 회로 차단기를 작동시킬 수 있습니다. 회로 차단기가 닫힌 위치에 있으면 플러그인 박스 도어가 자동으로 잠겨 열리지 않으므로, 부하가 연결된 상태에서 플러그를 꽂거나 뽑을 때 발생하는 아크로 인한 감전 사고를 방지합니다.
6. 도체 및 허용 전류량 계산:
현재 대부분의 사용자는 여전히 허용 전류 용량을 단면적 1제곱밀리미터당 2A로 계산하는 잘못된 공식, 즉 "단면적 S(nun²) × 2(A/nun²) = 허용 전류 용량(A)"을 알고 있습니다. 그러나 제품 설계 구조, 도체 배열 사양, 도체 방출 특성에 따라 동일한 단면적이라도 허용 전류 용량은 달라집니다. 예를 들어, 동일한 단면적을 가진 도체라도 6 × 100 = 600 nur와 10 × 60 = 600 nunf는 약 19% 더 큽니다. 또한 평면 배치와 수직 배치에 따라 5~10%의 차이가 발생하며, 구조 설계의 차이, 방열 품질 또한 도체의 허용 전류 용량에 직접적인 영향을 미칩니다. 특히 버스바 부분의 온도는 5°C 차이마다 4~6%의 전류 용량 차이를 유발합니다. 저항률은 허용 전류량과도 관련이 있으므로, 버스웨이를 선택할 때 단면적만으로 확인하는 것은 신뢰할 수 없습니다.
현재 버스바 도체에 대한 참고 자료는 전기 기술자 매뉴얼이나 설계 매뉴얼에 있는 도체 선정표뿐인데, 이는 밀폐되지 않은 공간에만 적합하며, 버스웨이의 경우 절연 포장 및 외피로 덮여 있기 때문에 구조 설계 및 도체의 저항률과 관련하여 허용 전류량을 10%~30% 정도 낮춰야 합니다.
