제141회 대비 예상문제 1세트

전기설비 시설 공간(실)의 계획 (KDS 32 10 11)

1. 개요

전기설비 시설 공간(전기실, 발전기실, 축전지실 등)의 계획은 전력공급의 신뢰성, 설비의 유지보수 용이성 및 작업자와 건축물의 안전을 확보하기 위해 국가건설기준(KDS 32 10 11)에 따라 기능성, 관리성, 안전성을 종합적으로 고려하여 수립해야 한다.

🖼 [그림] KDS 32 10 11에 따른 전기설비 시설 공간 계획의 3대 핵심요소(기능성, 관리성, 안전성) 개념도

---

2. 공간 계획의 3대 요소 (KDS 32 10 11)

1) 기능성 (Functionality)

• 부하 중심 배치: 전력 손실 저감 및 전압강하 방지를 위해 수변전실은 부하의 중심점에 가깝게 배치
• 인입 및 간선 배선 경로 확보: 한전 전원 인입선 및 각 간선 경로가 짧고 굴곡이 적도록 계획
• 장래 확장성: 부하 증설 및 신재생에너지, ESS 등 증설에 대비한 여유 면적 및 스페이스 확보
• 장비 반출입로 확보: 대용량 변압기, 발전기 등의 반출입이 가능한 장비 반입구(반입 트렌치, 드라이에어리어, 개구부 등) 확보

2) 관리성 (Maintainability & Operability)

• 점검 및 유지보수 이격거리: 배전반 전·후면 및 측면의 최소 작업 유지거리 확보 (KEC 및 안전기준 준수)
• 환기 및 온·습도 환경 제어:
  • 변압기, 발전기 등 발열 장비 냉각을 위한 급·배기 환기설비(강제 또는 자연) 구축
  • 결로 방지 및 축전지실 유해가스 배출을 위한 전용 환기시설 계획
• 조명 및 전원 설비: 일상 점검 및 비상시 작업을 위한 충분한 조도(수변전실 300 $\text{lx}$ 이상 권장) 및 작업용 비상콘센트 배치
• 운영 편의성: 감시제어실(방재센터)과의 연계 동선 및 원격 감시제어 설비 배선 통로 확보

3) 안전성 (Safety & Reliability)

• 침수 방지 대책:
  • 원칙적으로 지하 최하층 배치를 지양하고, 지상화 또는 침수 수위 이상의 층에 배치
  • 불가피한 지하 배치 시 차수판, 차수벽, 집수정 및 이중 배수펌프 설치
• 방화 및 방폭 구획:
  • 다른 실과 내화구조 격벽(2시간 이상 내화채화벽 등) 및 방화문(갑종)으로 방화구획
  • 유입 변압기 적용 시 소화설비 및 방유턱 설치, 축전지실 방폭형 조명·환기팬 적용
• 유류·수배관 격리: 변전실 상부 및 내부에 급배수관, 소화배관, 가스배관 등 누수 위험 배관의 통과 금지
• 접지 및 감전 방지: 통합접지/공통접지 시스템 적용 및 독립된 접지단자함 설치, 비인가자 출입 통제 설비 구비

---

3. 전기설비 시설 공간계획 비교 분석

구분	주요 계획 기준	핵심 검토 사항
기능성	부하중심, 간선 단축, 증설 여유	전압강하 최소화, 장비 반출입 동선(Door Size, 하중)
관리성	보수 이격거리, 환기·방열, 조도	배전반 전후면 작업공간, 발열량 계산에 따른 환기팬 용량
안전성	내화구획, 침수방지, 누수배관 배제	차수대책(지하층), 상부 수배관 통과 금지, 접지 신뢰성

---

4. 실무 적용 시 유의사항

1. 건축·기계 분야와의 간섭 사전 검토(BIM 활용):
   • 전기실 상부 층의 화장실, 주방 등 물을 사용하는 실(Wet Zone) 배치 금지 확인
   • 대용량 기기 반입 경로 상의 보(Beam) 밑 유효 높이 및 바닥 슬래브 내하중 사전 검토
2. 최신 기후변화 대응(침수 대책 강화):
   • 국지성 집중호우에 대비하여 KDS/KEC 기준에 부합하도록 전기실 바닥 레벨을 외부 지반보다 $0.3\sim 0.5\text{ m}$ 이상 높게 시공(턱 설치) 및 차수 설비 필수 연계

KDS 32 30 10 옥내조명설비의 조명설비 설계 순서

1. 정의

옥내조명설비 설계는 건축물 내부 공간의 용도, 작업 특성, 사용자 요구도를 반영하여 조도, 균제도, 연색성, 눈부심 등의 조명 기준을 만족하도록 조명기기를 선정하고 배치하는 체계적 프로세스이다.

---

2. 조명설비 설계 순서

1단계: 설계 조건 파악

• 공간의 용도 및 작업 특성 분석
• 실의 크기, 형태, 반사율(천장, 벽, 바닥)
• 채광 조건 검토
• 사용자 요구도 및 에너지 효율 목표 설정

2단계: 필요 조도 결정

• KDS 32 30 10 별표 1 기준에 따른 작업면 평균 조도 결정
• 예시: 사무실 300~500 lux, 도서관 열람실 500 lux, 계단 150 lux
• 균제도(최저조도/평균조도) 기준 확인: 일반적으로 0.6 이상

공간 용도	필요 조도(lux)	균제도
사무실	300~500	0.6
회의실	300~500	0.6
도서관 열람	500	0.6
계단/복도	150~200	0.4
주차장	75~150	0.4

3단계: 조명방식 선정

• 직접조명: 조명기기 광선이 직접 작업면으로 → 효율 높음, 눈부심 주의
• 간접조명: 천장/벽 반사 이용 → 균제도 우수, 에너지 소비 증가
• 반직접/반간접조명: 혼합형 → 균형잡힌 조명 환경
• 공간 특성에 맞는 방식 결정

4단계: 광원(램프) 선정

• 연색성지수(Ra): 80 이상 권장(중요 작업공간은 90 이상)
• 색온도(CCT):
  • 따뜻한 백색(2700K): 주거, 휴게공간
  • 중간 백색(4000K): 사무실, 일반업무
  • 차가운 백색(5000K 이상): 정밀작업, 의료시설
• 효율성: LED 선택 권장(100~150 lm/W)

5단계: 조명기기 선정 및 배치

• 계산조도법(Lumen Method) 적용:

$$E=\frac{N\times \Phi \times \mu \times d}{A}$$

여기서:

• $E$ : 작업면 평균 조도(lux)

• $N$ : 조명기기 수

• $\Phi$ : 광원 광속(lm)

• $\mu$ : 이용률(실의 반사율, 기기 효율 반영)

• $d$ : 유지율(약 0.8)

• $A$ : 작업면적(m²)

• 필요 조명기기 수 산출

• 조명기기 간격 및 높이 결정(일반적으로 간격/높이 비 = 1.0~1.5)

• 눈부심 제어(UGR ≤ 19 확인)

6단계: 제어시스템 설계

• 조광(Dimming) 필요 여부 검토
• 점등/소등 회로 구성
• 자동 센서(인감지, 조광 센서) 적용 검토
• 에너지 절약 기준 준수(건축물 에너지 코드)

7단계: 배선 및 부하 계산

• 조명 부하 합계 산출
• 분기 회로 설계(일반적으로 20A 미만)
• 배선 방식 선정(천장 매립, 노출, 덕트 등)
• 안전 기준 확인(누전차단기, 과전류 보호)

8단계: 검증 및 조정

• 설계 조도 검증
• 현장 조사 및 시뮬레이션
• 에너지 소비량 평가
• 시공 및 유지관리 용이성 검토

---

3. 설계 시 주요 고려사항

항목	내용
반사율 반영	천장 0.70.9, 벽 0.50.7, 바닥 0.1~0.3
유지율	청소 주기에 따라 0.67~0.90
눈부심 방지	글레어 지수(UGR) 제한
에너지 효율	W/m² 기준 충족
유연성	향후 용도 변경 고려

---

4. 실무 적용 시 유의사항

• 표준화: KDS 32 30 10, KEC 기준 준수
• 협의: 건축 설계와 천장/벽 마감 조율
• 현장 확인: 기존 건물 리모델링 시 기존 부하 및 배선 용량 검토
• BIM 활용: 3차원 조도 시뮬레이션으로 사전 검증
• TCO(Total Cost of Ownership): 초기 투자비뿐 아니라 운영비 고려

1. 개요

리튬이온전지(Lithium-ion Battery)는 충·방전 시 리튬 이온(${\text{Li}}^{+}$)이 양극과 음극 사이를 이동(Intercalation / Deintercalation)하며 전기화학 에너지를 저장 및 방출하는 고효율·고에너지 밀도의 이차전지이다.

---

2. 구성 요소 및 충·방전 화학반응식

1) 주요 구성 요소

• 양극 (Cathode): 리튬산화물 (예: ${\text{LiCoO}}_2$, ${\text{LiFePO}}_4$, $\text{NCM}$)
• 음극 (Anode): 흑연 (Graphite, ${\text{C}}_6$)
• 전해질 (Electrolyte): 리튬염이 용해된 유기용매 (${\text{LiPF}}_6$ 등)
• 분리막 (Separator): 양극과 음극의 물리적 단락 방지 및 이온 이동 통로

2) 충·방전 화학반응식 (양극: ${\text{LiCoO}}_2$, 음극: ${\text{C}}_6$ 기준)

• 양극 (Cathode) 반응: $${\text{LiCoO}}_2\underset{\text{방전}}{\stackrel{\text{충전}}{\rightleftharpoons }}{\text{Li}}_{1-x}{\text{CoO}}_2+x{\text{Li}}^{+}+x{\text{e}}^{-}$$

• 음극 (Anode) 반응: $${\text{C}}_6+x{\text{Li}}^{+}+x{\text{e}}^{-}\underset{\text{방전}}{\stackrel{\text{충전}}{\rightleftharpoons }}{\text{Li}}_x{\text{C}}_6$$

• 전체 (Overall) 반응: $${\text{LiCoO}}_2+{\text{C}}_6\underset{\text{방전}}{\stackrel{\text{충전}}{\rightleftharpoons }}{\text{Li}}_{1-x}{\text{CoO}}_2+{\text{Li}}_x{\text{C}}_6$$

---

3. 리튬이온전지의 특징

구분	주요 특징 및 내용
장점	· 고에너지 밀도: 기존 연축전지 대비 $3\sim 4\text{배}$ 우수 ($\approx 150\sim 250\text{ Wh/kg}$)<br>· 공상 전압이 높음: 셀당 약 $3.6\sim 3.7\text{ V/cell}$로 모듈화에 유리<br>· 메모리 효과 없음: 완전 방전 없이 수시 충전 가능<br>· 낮은 자가방전율: 월 $5\text{ \%}$ 미만으로 전력 손실 최소화
단점	· 열폭주(Thermal Runaway) 위험: 과충전, 외부 충격 시 화재·폭발 위험<br>· 고비용: 연축전지 대비 초기 투자비용이 높음<br>· 제어장치 필수: 셀 간 전압 균일화 및 보호를 위한 BMS 필수

---

4. 건축전기설비 실무 적용 및 유의사항

1) 실무 적용 분야

• ESS (에너지저장장치): 피크 컷, 신재생에너지 연계용
• UPS (무정전전원장치): 데이터센터, 지능형 빌딩의 비상전원 공급용

2) KEC 및 안전기준에 따른 설계 유의사항

1. BMS (Battery Management System) 구축: 과충전, 과방전, 과전류 및 셀 간 전압 불균형(Cell Balancing)을 실시간 감시·제어해야 함.
2. KEC 512 (전기저장장치) 규정 준수: 전용의 방화구획된 실에 설치하고, 가스 누출 시 자동 환기 및 비상정지장치(ESD) 연동 설치.
3. 소방 및 열관리 대책:
   • 셀 분리막 파손에 의한 열폭주 방지를 위해 셀 간 간격 확보 및 정밀 온도제어(HVAC) 필수.
   • 소방법 기준에 부합하는 전용 오프가스(Off-gas) 감지기 및 주수(Water) 방식 소화설비 계획.

수배전설비의 보호계전시스템

1. 정의

보호계전시스템이란 수배전설비에서 고장·이상 발생 시 이를 신속히 검출하여 차단기를 동작시킴으로써 기기 손상 방지 및 계통의 안정성을 확보하는 보호장치 체계이다.

---

2. 보호목적

구분	내용
기기 보호	변압기, 차단기, 케이블 등 주요 기기의 소손 방지
계통 안정	고장 파급 최소화 및 건전 계통 유지
인명 안전	감전·화재 등 2차 재해 방지
공급 신뢰성	최소 범위 차단으로 정전 구간 한정

---

3. 기능과 구성

3-1. 기본 구성 요소

🖼 [그림] 보호계전시스템의 구성도 (CT/PT → 보호계전기 → 차단기 트립 회로 흐름)

구성 요소	기호	기능
계기용 변류기	CT	대전류를 계전기 입력용 소전류(5 A 또는 1 A)로 변환
계기용 변압기	PT (VT)	고전압을 계전기 입력용 저전압(110 V)으로 변환
보호계전기	Relay	이상 상태 검출 후 트립 신호 출력
차단기	CB	트립 신호 수신 후 회로 차단
보조전원	DC 전원	계전기·트립 코일 동작 전원 공급

3-2. 주요 계전기 종류 및 정정 관계

$$I_p=\frac{I_{set}}{CTR}$$

• $I_p$ : 1차 정정 전류 $\text{ [A]}$
• $I_{set}$ : 계전기 탭 전류 $\text{ [A]}$
• $CTR$ : CT 변류비

---

4. 보호방식

보호방식	대상	사용 계전기 (ANSI No.)	특징
과전류 보호	선로·기기 과부하·단락	OCR (51), OCGR (51G)	반한시·정한시 특성 선택
지락 보호	1선 지락 고장	OCGR (51G), SGR (64)	ZCT와 조합, 저항 접지 계통 적용
차동 보호	변압기·발전기 내부 고장	87T, 87G	고속도 동작, 비율 차동 방식
거리 보호	장거리 송전선로	21	임피던스 $Z$ 측정으로 고장 위치 판별
부족전압 보호	저전압 이상	UVR (27)	전동기 탈조·재투입 방지
과전압 보호	이상 전압	OVR (59)	계통 이상 전압 검출

---

5. 실무 적용 시 유의사항

1. 협조 및 선택성: 상위·하위 보호기기 간 동작 시간 협조(Time Coordination)를 확보하여 최소 구간 차단 실현
2. CT 포화: 대전류 단락 시 CT 포화로 인한 오동작 방지를 위해 CT 정확도급(5P, 10P) 및 연면비(ALF) 검토
3. 디지털 계전기 적용: 현행 IEC 61850 기반 디지털 보호계전기 도입 시 통신 프로토콜(GOOSE) 연동 및 정기적 기능 시험(Secondary Injection Test) 실시
4. KEC 준용: KEC 341조(보호장치) 요건에 따라 보호계전기 정정값 및 차단기 차단용량($I_{ca}$) 적합성 확인