KOEMA 한국전기산업진흥회표준 아크보호시스템 한국전기산업진흥회표준화심사위원회심의 2011년 10월 00일제정한국전기산업진흥회발행
목 차 머리말... ii 1 적용범위... 3 2 인용표준... 3 3 용어와정의... 3 4 사용상태... 3 5 정격과분류... 3 5.1 정격전압및정격절연계급... 3 5.2 정격주파수 (fr)... 3 5.3 제어전원... 3 6 구조및특성... 4 6.1 일반사항... 4 6.2 기술적사항... 5 7 시험... 6 7.1 일반사항... 6 7.2 아크보호시스템의보호성능시험... 8 8 표시및명판... 8 그림목차그림 1 아크보호시스템의구성... 4 그림 2 아크보호시스템의설치예... 5 그림 1 아크보호시스템의구성... 4 그림 2 아크보호시스템의설치예... 5 표목차표 1 판정항목및기준... 7 - i -
머리말 이표준은수배전반에서발생하는내부아크사고 (Internal Arc Flash) 로부터기기와인명을보호하는 아크보호시스템 (Arc Protection System) 에적용함을목적으로하며, 다음의표준을참고하여 제정하였다. KS C 0241, 환경시험방법-전기ㆍ전자-충격시험방법 KS C 0704, 제어기기의절연거리ㆍ절연저항및내전압 KS C 1100, 전자측정기용어 KS C IEC 61010-1, 측정, 제어및실험실용전기기기의안전요구사항 - 제1부 : 일반요구사항 IEC 62271-200 Ed. 1.0 b, High-voltage switchgear and controlgear - Part 200: A.C. metal-enclosed switchgear and controlgear for rated voltages above 1 kv and up to and including 52 kv - ii -
한국전기산업진흥회표준 아크보호시스템 Arc Protection System 1 적용범위 이표준은수배전반에서발생하는내부아크사고 (Internal Arc Flash) 로부터기기와인명을보호하는 아크보호시스템 (Arc Protection System) 에적용한다. 2 인용표준 다음의인용표준은이표준의적용을위해필수적이다. 발행연도가표기된인용표준은인용된 판만을적용한다. 발행연도가표기되지않은인용표준은최신판 ( 모든추록을포함 ) 을적용한다. KS C IEC 60129, 교류단로기및접지개폐기 KS C IEC 61757-1, 광섬유센서 제1부 : 품목규격 KS C IEC 61931, 광섬유통신 용어 IEC 61810-2 Ed. 1.0 b, Electromechanical elementary relays - Part 2: Reliability IEC 62271-102 Ed. 1.0 b, High-voltage switchgear and controlgear - Part 102: Alternating current disconnectors and earthing switches IEC 62271-200 Ed. 1.0 b, High-voltage switchgear and controlgear - Part 200: A.C. metal-enclosed switchgear and controlgear for rated voltages above 1 kv and up to and including 52 kv KOEMA 0930( 아크보호계전기 ), KOEMA 0931( 아크제거기 ) 3 용어와정의 이표준에서사용하는주된용어와정의는 KOEMA 0930( 아크보호계전기 ), KOEMA 0931( 아크 제거기 ), KS C IEC 60129, KS C IEC 61757-1, KS C IEC 61931 에따르며, 이외의용어와정의는 다음에따른다. 3.1 아크광센서 (Arc Light Sensor) 아크사고발생시아크의광을검출하여계전기쪽으로전달하는센서이다.
3.2 아크보호계전기 (Arc Protection Relay) 아크보호요소를가지고아크사고를제거하여아크사고로부터수배전반및인명피해를최소화할수있도록고안된계전기이다. 3.3 아크제거기아크사고발생시아크보다낮은임피던스로사고전류를 3상단락및접지시켜서, 사고전류를아크발생지점으로부터우회시키도록고안된고속의접지투입스위치로써전류투입능력과단시간통전능력, 절연능력이요구된다. 3.4 아크제거기구동장치아크제거기를구동하기위한전용의구동장치로써일반적으로는에너지저장장치와전자스위치및전자회로로구성되어있다. 아크제거기와구동장치를스스로감시할수있는기능을가질수있다. 3.5 정격주파수 보호대상인계통의주파수로정의한다. 3.6 제어전원아크보호계전기, 아크보호모듈, 아크제거기구동장치등전자회로의구동전원으로교류전원 (AC) 또는직류전원 (DC) 이적용가능하다. 2
4 사용상태 KOEMA 0930( 아크보호계전기 ), KOEMA 0931( 아크제거기 ) 의 4 를적용한다. 5 정격과분류 정격은다음과같으며이표준에서언급하지않은정격은아크보호시스템 (Arc Protection System) 을 구성하는각부품의해당 KOEMA 0930( 아크보호계전기 ), KOEMA 0931( 아크제거기 ) 표준을따른다. 5.1 정격전압및정격절연계급아크광센서, 아크보호계전기, 아크보호모듈은보호하고자하는계통전압과무관하게적용이가능하며, 아크제거기의정격전압및정격절연계급의적용값은 KOEMA 0931( 아크제거기 ) 의 5.1을적용한다. 5.2 정격주파수 (fr) 아크보호시스템의정격주파수는 60Hz 이다 5.3 제어전원 계전기의제어전원에접속되는정격전압은다음과같다. 5.3.1 교류전원 : 110 V 또는 220 V 5.3.2 직류전원 : 110 V 또는 125 V 5.3.3 기타 그외의값은제조자시방에따르며제어전원의정격이범위 ( 예를들면 80 V ~ 230 V) 로표시된다면, 이것도적용가능하다. 3
6 구조및특성 6.1 일반사항내부아크사고 (Internal Arc Flash) 는수배전반에큰손상을주며, 사고시근처에인명이있을경우아크에의한부상을초래할수있는사고이다. 이러한아크사고피해를최소화하기위한아크보호시스템은다음과같은부품으로구성될수있다. a) 아크광센서 (Arc Light Sensor) : 센서끝부분에서만아크의빛을감지하는전체에서아크의빛을감지하는루프센서로구성 포인트센서와광섬유 b) 전류변성기 (Current Transformer) : 전력계통에서사용하는통상의전류변성기 c) 아크보호계전기 (Arc Protection Relay) : 아크사고를보호하기위한전용의계전기 d) 아크제거기구동장치 (Arc Eliminator Controller) : 아크보호계전기의동작신호를받아서아크제거기를구동시키기위한에너지저장장치와트리거소자로이루어진전자장비 e) 아크제거기 (Arc Eliminator) : 기중아크보다매우낮은임피던스값으로사고전류를 3상단락또는접지시켜아크를소멸시키는접지스위치 f) 회로차단기 (Circuit Breaker) 차단기 : 전력계통에서회로개폐및보호목적으로 사용하는통상의회로 아크보호시스템은이상의구성품을조합하여아래와같이구성된다. 그림 1 아크보호시스템의구성 a) ~ f) 부품은상호간에광케이블 또는전선으로연결되어필요한정보및에너지를전달한다. 이표준은관련표준에서정의된 이상의부품들의구성방법및시험요구사항에대하여규정한다. 4
6.2 기술적사항 6.2.1 설치방법 일반적인전력계통에서의설치예는그림 2와같다. 그림 2 아크보호시스템의설치예 6.2.1.1 아크감지센서 (Arc Light Sensor) 수배전반의각격실 (compartment) 에견고한구조로부착하여정상운전중의진동또는충격에이탈되지않도록해야하며아크사고시의강한압력에도정보전달기능을수행할수있어야한다. 일반적으로포인트센서는보호하고자하는격실하나에한개를부착하며루프센서는여러개의격실을관통하여하나의센서로여러격실을감시할수있다. 아크광센서는기계적인스트레스 (stress) 를받지않고정상운전중에손상을입지않도록보호되어아크보호계전기까지연결되어야한다. 6.2.1.2 전류변성기 (Current Transformer) 계통보호를위하여설치된통상의전류변성기를계전기와공유한다. 6.2.1.3 아크보호계전기 (Arc Protection Relay) 사용자, 관리자가상태감시가용이하도록수배전반전면에부착하며, 아크광센서와의연결이전면판넬을열고닫을때손상을입지않도록장착해야한다. 5
6.2.1.4 아크제거기상간, 상대지간절연이유지될수있는공간에설치하며, 계통의순서상인입배전반에서주차단기후단에 3상주모선에고전압부가전기적으로연결되어있고접지부와는절연이유지되도록설치되어야한다. 아크사고가발생한경우아크사고정보를아크광센서와전류변성기에서감지하여아크보호계전기로전달하며아크보호계전기에서신호처리하여아크사고로판단될경우아크제거기구동장치에트립명령이전달되고아크제거기가투입되면아크사고로흐르던전류가더낮은임피던스로 3상접지된아크제거기로흐르게되고아크사고는소멸되게된다. 여전히 3상단락전류가아크제거기에흐르고있지만곧이어주차단기가전류를차단하여아크사고및단락전류는완전히제거된다. 아크사고처리후또는정기적점검을위하여유지보수가가능한위치에설치할수있어야한다. 6.2.1.4.1 아크제거기구동장치아크보호계전기로부터트립명령을받아서아크제거기를구동시키는역할을담당하며, 언제든지 아크제거기를구동시킬수있도록에너지저장장치를동작가능한상태로유지시킨다. 아크 제거기의상태및구동장치자체의상태를스스로감지하여아크보호계전기로전송하여이상발생 시정보를전송할수있도록한다. 구동장치는에너지손실을저감하기위하여아크제거기에 가까운위치에장착하도록하며아크사고처리후또는정기적점검을위하여유지보수가가능한 위치에설치할수있어야한다. 6.2.2 신호전달아크광센서와아크보호계전기또는아크보호모듈사이에서신호는광섬유로전달되며, 이외에다른구성품간의정보및에너지전달은전선을통하여이루어진다. 장거리또는특수목적으로아크보호계전기상호간또는아크보호모듈상호간또는아크보호계전기와아크보호모듈간에광섬유를통한통신을구성할수있다. 이표준에서언급하지않은구조및특성은 KOEMA 0930( 아크보호계전기 ), KOEMA 0931( 아크 제거기 ) 표준을따른다. 7 시험 7.1 일반사항이표준에서는구성품으로이루어진시스템단위의시험에대하여정의한다. 시스템단위의시험은형식시험만실시하며검수시험은실시하지않는다. 각구성품단위의시험은 KOEMA 0930( 아크보호계전기 ), KOEMA 0931( 아크제거기 ) 표준을따른다. 7.2 아크보호시스템의보호성능시험수배전반에아크보호시스템을부착하고인위적으로아크를발생시켜시스템의동작을확인하며, 단상지락및삼상단락에대하여시험을실시한다. 아크사고전류의크기및방법은이하의 7.2.1과 7.2.2에서정의한다. 인위적인아크의발생은직경 0.5mm 나동선을연결하여발생시키며위치는 6
모선에서발생시킨다. 3상아크는모선 3상을직경 0.5mm 나동선으로연결하여발생시키고단상지락은모선중 1상과수배전반프레임을직경 0.5mm 나동선으로연결하여발생시킨다. 전류의크기는아래 7.2.1과 7.2.2에서정의하는전류를투입하며 1상은초기 2.6배피크 (peak) 값을가져야하고아크보호시스템이동작하지않는경우에도 0.2초동안감쇠없이전류가흐를수있도록사전에보정 (calibration) 하여야한다. 기타본규격에서언급하지않은인위적인아크발생의자세한방법은 IEC 62271-200의 8.3 및 Annex. A를따른다. 모선부를대표격실로하여모선부격실에서만시험을실시한다. 7.2.1 아크제거기포함한시스템아크제거기정격투입전류의 50 % 및 100 % 의아크사고를발생시켜각 1회실험을실시하며, 아크보호계전기의설정값은이때의사고전류값이설정값의 200 % 이상이되도록설정한다. 이때설정기준은관련표준각구성품단위의시험은 KOEMA 0930( 아크보호계전기 ), KOEMA 0931( 아크제거기 ) 표준에따른다. 시스템시험의판정항목및기준은표 1과같다. 단, 시스템시험을위해서구성한수배전반이나차단기의정격이아크제거기의정격투입전류보다작은경우, 아크제거기단독시험에서정격투입전류성능이확인된경우에한해서수배전반또는차단기정격전류의 50% 및 100% 아크사고로시험할수있다. 7.2.2 아크제거기비포함시스템 5 ka, 10 ka, 20 ka에대해서각 1회실험을실시한다. 아크보호계전기의설정값은각전류값이설정값의 200 % 이상이되도록설정한다. 이때설정기준은관련각구성품단위의시험은 KOEMA 0930( 아크보호계전기 ), KOEMA 0931( 아크제거기 ) 표준을따른다. 시스템시험의판정항목및기준은표 1과같다. 수배전반에시스템을장착하고인위적으로실제아크사고를발생시키는이상의시험에서시스템은동작시간, 정확도에서이상을보여서는안되며전자기적영향이나절연, 서지등의영향으로시스템이오작동을하여서도안된다. 아크보호시스템 (Arc Protection System) 은높은신뢰성을요구하는제품이므로수배전반에시스템을설치한상태에서성능시험을통하여시스템적인검증을실시할것을권장한다. 표 1 판정항목및기준 판정기준 비고 전류투입성능전류투입후아크제거기의손상, 절연파괴없을것 7.2.1 오동작 이상신호발생, 작동불능등시스템의정상동작이불가능한상태가되지않을것 7.2.1 & 7.2.2 오표시정상동작이외의표시가디스플레이되지않을것 7.2.1 & 7.2.2 정확도 KOEMA 0930( 아크보호계전기 ) 에서정의된정확도를만족한동작이어야함 7.2.1 & 7.2.2 7
8 표시및명판 각구성품의표시및명판은각해당 KOEMA 0930( 아크보호계전기 ), KOEMA 0931( 아크제거기 ) 표 준을따른다. 보기쉬운곳에다음사항의시스템전체정보를기재한명판이취부되어있어야한다. a) 명칭 b) 시스템구성도 ( 센서취부위치및개수, 아크제거기설치위치 ) c) 정격사항 d) 제조자명 e) 제조일련번호 f) 제조자전화번호 8
해 설 이해설은본체및부속서에규정한사항및이들과관련된사항을설명하는것으로표준의일부는 아니다. 1 제정의취지 아크보호시스템은공기절연수배전반에서발생하는내부아크사고 (Internal Arc Flash) 로부터기기와인명을보호하는제품이다. 그러나현재까지아크보호에대한성능을검증할수있는표준이없었기때문에국내표준의제정이시급한실정이다. 그러므로아크보호시스템에대한국내표준을제정하여, 제품의경쟁력강화와제품의품질및신뢰도의향상을목표로한다. 2 제정의경위 KOEMA 0932 는아크보호시스템표준 WG 에의해표준안이마련되었으며, 한국전기산업진흥회단 체표준으로채택하기위해한국표준협회에제안하였다. 3 KOEMA 0932 원안작성에참여한아크보호시스템표준 WG 위원명단 성명 근무처 직위 ( 위원장 ) 고창섭 충북대학교 교수 이우영 한국전기연구원 책임 유재근 한국전기안전공사 책임 임의환 광명전기 신승무 VAMP Korea 전무 김병천 ABB 코리아 대리 신양섭 LS산전 수석 ( 간사 ) 정영우 LS산전 책임 4 KOEMA 단체표준심사위원회위원명단 성명 근무처 직위 ( 위원장 ) 박상희 연세대학교 교수 오광해 기술표준원 연구관 박병락 한국전기연구공사 본부장 김종필 한국전력공사 차장 허재완 한국전기안전공사 부징 정규희 한국표준협회 책임 최우정 한국전기공업협동조합 팀장 ( 간사 ) 이은홍 한국전기산업진흥회 팀장 9