동력설비를 운전하려면 부하와 전원 사이의 관계를 정확히 이해해야 한다. 직류전동기에 부하가 걸리면 속도·역기전력·전류가 일정한 순서로 연쇄적으로 변한다. 건물의 전력 수요는 부하 밀도에 면적을 곱해 계산하고, 변전설비 용량은 수용률과 역률로 환산한다. 수전 설비의 안전한 조작을 위해 인터록이 차단기와 단로기의 조작 순서를 강제한다.
직류전동기에 부하가 증가하면 먼저 회전 속도가 떨어진다. 속도가 떨어지면 역기전력이 작아지고, 전류는 단자전압에서 역기전력을 뺀 값을 전기자 저항으로 나눈 값이므로 역기전력이 줄어든 만큼 전류가 늘어난다. 이렇게 전류가 증가해야 더 큰 토크를 내어 늘어난 부하를 견딘다. 단, 전원 전압이 일정한 조건에서는 단자전압은 부하와 무관하게 전원이 정하는 값이므로 부하 때문에 늘어나지 않는다.
건물의 부하 설비 용량은 부하 밀도법으로 구한다. 부하 밀도는 건물 1m²당 필요한 전력을 나타내므로, 전등·일반 동력·냉방 등 각 부하 밀도를 모두 더한 뒤 면적을 곱하면 설비 용량이 된다. 계산 결과가 VA이고 답이 kVA라면 1000으로 나누어 단위를 환산해야 한다.
변전설비 용량은 설비전력에 수용률을 곱하고 역률로 나누어 구한다. 수용률은 설비 전체가 동시에 가동되지 않는 점을 반영한 비율이다. 변압기 용량은 kW가 아니라 kVA로 정하므로 역률이 1보다 작으면 같은 전력이라도 더 큰 용량이 필요하다. 즉 수용률은 곱셈, 역률은 나눗셈으로 짝을 이룬다.
수전 설비의 조작에서는 인터록이 중요한 역할을 한다. 단로기는 전류를 차단하는 기능이 없으므로 무부하 상태에서만 조작해야 한다. 인터록은 차단기가 개방된 뒤에만 단로기를 조작할 수 있게 잠가 주는 연동장치다. 닫을 때는 단로기를 먼저 닫고 마지막에 차단기를 닫는다.
예제
부하 설비 용량 계산: 전등 밀도는 50VA/m²이며 일반 동력은 55VA/m², 냉방은 45VA/m²이고 면적이 3300m²이면, (50+55+45)×3300 = 150×3300 = 495,000VA = 495kVA가 된다. 밀도를 잘못 더하거나 VA→kVA 환산을 빠뜨리면 오답이 된다.
변전설비 용량 계산: 총 부하 설비전력 400kW, 수용률 0.5, 역률 0.8이면, 400×0.5÷0.8 = 250kVA가 최저값이다. 수용률만 곱해 200kW에서 멈추면 kW→kVA 환산을 빠뜨린 오답이다. 역률은 곱하는 것이 아니라 나눈다는 점을 확인한다.
대표 기출 3문항
수전 설비의 운영에 있어서 인터록(inter lock)의 설명으로 옳은 것은?
차단기가 열려 있어야만 단로기를 닫을 수 있다.
차단기가 닫혀 있어야만 단로기를 닫을 수 있다.
차단기가 열려 있으면 단로기가 닫히고, 단로기가 열려 있으면 차단기가 닫힌다.
차단기의 접점과 단로기의 접점이 기계적으로 연결되어 있다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 수전 설비 운영에서 인터록의 설명으로 옳은 것을 묻고 있다. 인터록은 단로기를 무부하 상태에서 조작하도록 강제하는 장치로, 차단기가 열린 상태일 때만 단로기를 닫을 수 있게 하여 투입 순서를 안전하게 유지한다.