KR101457644B1 - Ｉｅｃ기반 저압 전기설비 설계방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

자동으로 IEC기준에 따라 저압 전기설비를 설계하는 경우, 오류를 검출하여 오류 발생시 알람 메시지를 발생시켜 최적의 저압 전기설비를 설계할 수 있도록 도모해주는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법 및 그 장치에 관한 것으로, 저압 전기설비를 설계하기 위한 설비 선택에 따라 IEC기준으로 설비를 설계하는 단계; 자동으로 전선 굵기를 산정하는 단계; 상기 전선 굵기 선정 후 부하용량과 변압기 정격용량을 비교하여 설계 오류 여부를 판단하는 단계; 상기 오류 여부를 판단한 결과 설계 오류 발생시 오류를 통보해주는 단계; 오류가 없을 경우 차단기 설계 상태를 분석하여 차단기 설계에 오류 발생시 오류를 통보해주는 단계; 및 상기 차단기 설계가 정상적일 경우 설계 도면 작성을 하고, 작성된 도면을 저장하는 단계를 구비함으로써, 저압 전기설비를 시공하기 이전에 전기설비의 설계가 IEC기준에 맞게 설계되었는지를 확인할 수 있게 된다.

Description

ＩＥＣ기반 저압 전기설비 설계방법 및 그 장치{The design algorithm of low-voltage electrical utility based IEC and apparatus thereof}

본 발명은 국제전기표준회의(International Electrotechnical Commission; IEC)기반 저압 전기설비 설계에 관한 것으로, 특히 자동으로 IEC기준에 따라 저압 전기설비를 설계하는 경우, 오류를 검출하여 오류 발생시 알람 메시지를 발생시켜 최적의 저압 전기설비를 설계할 수 있도록 도모해주는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기시설의 안전을 유지하기 위해서 전기설비를 최적화하는 것은 중요하다. 특히, 저압 전기설비에 대하여 IEC 등에서는 표준이 마련되고 있으며, 이 표준에 준하여 전기설비의 전기공사가 행해지고 있다. 그 중 건축전기설비의 전기공사에 대한 표준은 IEC 60364에 의해 마련되고 있다. IEC 60364에서 저압배선계통의 전기공사에 대한 표준을 정의하고 있다.

전기설비를 시공하는 시공업자는 전시설비 시공을 위해, 케이블 선정, 시공방법, 차단기 용량 선정, 접지 방식 선정, 결선 방식 선정 등을 경험 등을 통해 설계하고, 이를 기준으로 전기설비를 시공하게 된다. 그리고 시공 후 부하를 운영하면서 문제가 발생하면 다시 전기설비를 변경하게 된다. 따라서 이러한 방식일 경우 시공시 수많은 시행착오가 발생한다.

이러한 시행착오 문제를 해결하기 위해서 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2010-0128011호(2010.12.07. 공개)와 <특허문헌 2> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0034389호(2013.04.05. 공개)와 <특허문헌 3> 일본 공개특허 특개2010-161913호(2010.7.22. 공개)에 개시된다.

개시된 <특허문헌 1>은 전원의 중성선(N)을 접지 그리드에 접지하는 전원접지부, 부하에 연결된 보호 도체를 중성선에 스위치하는 제1스위치, 상기 보호 도체를 제1기기접지에 스위치하는 제2스위치, 상기 중성선과 보호 도체의 결선을 스위치하는 제3스위치를 구비하여, 저압배선계통의 접지 공사를 시뮬레이션하게 된다.

아울러 개시된 <특허문헌 2>는 전기설비 정보와 수용부하 정보를 특정 조건에 대응하게 재구성한 재구성 정보를 이용하여 전기설비 계통도를 형성하고, 전기설비 계통도에서 분석할 분석 항목을 설정하며, 수용부하 정보에 대응하는 정전비용함수를 선택한다. 그리고 재구성 정보, 분석항목 및 정전비용함수를 토대로 해당 전기설비의 신뢰도, 고장률, 평균수명 및 전기설비 고장발생시 정전 비용을 계산하고, 계산한 결과들을 토대로 전기설비별 교체주기를 산출하고, 산출한 전기설비별 교체주기에 따라 전기설비의 유지보수 방법을 결정하게 된다.

또한, 개시된 <특허문헌 3>은 미리 저장된 시스템 구성 및 적용 기기의 선택 항목을 순서대로 표시하고, 각 선택 항목 화상 중에서 고객의 요청에 따라 복수 종류의 수전 방식, 배전 방식의 시스템 구성 및 적용 기기의 모델 화상을 선택하여 수변전설비 시스템을 가시화하여 표시해주게 된다.

대한민국 공개특허 공개번호 10-2010-0128011호(2010.12.07. 공개) 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0034389호(2013.04.05. 공개) 일본 공개특허 특개2010-161913호(2010.7.22. 공개)

그러나 상기와 같은 종래기술들은 저압 전기설비 설계 및 시공과 관련하여 케이블의 선정 및 시공방법, 차단기 용량 선정, 전기설비 설계시 최적의 설계 등과 관련하여 각각의 요소를 설계할 경우 잘못된 설계에 대한 오류 발생 기능이 없어, 시공시 수많은 시행착오를 발생하는 문제가 발생하였다.

또한, 현재 WTO/TBT 협정 이후 국내 건축전기설비 기술기준이 IEC로 부합하는 과정의 과도기 상태이며, 이로 인해 해당 표준의 이해 부족으로 설계자가 IEC로 설계가 불가능한 단점이 있다.

또한, 해당 표준의 이해 부족으로 전기설비의 검사자의 경우 시공된 설비에 대해 양부를 판단하기 힘든 실정이고, 이러한 이유로 국내 저압 전기설비는 IEC로의 부합이 미진한 상태이다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자동으로 IEC기준에 따라 저압 전기설비를 설계하는 경우, 오류를 검출하여 오류 발생시 알람 메시지를 발생시켜 최적의 저압 전기설비를 설계할 수 있도록 도모해주는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 IEC기준에 따라 저압 전기설비를 설계하는 잘못된 설계시 오류를 발생시켜 설계오류를 최소화할 수 있도록 한 IEC기반 저압 전기설비 설계방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 IEC기반 저압 전기설비 설계방법은 (a) 저압 전기설비를 설계하기 위한 설비 선택에 따라 IEC기준으로 설비를 설계하는 단계; (b) 상기 (a)단계의 설비 설계 후 자동으로 전선 굵기를 산정하는 단계; (c) 상기 전선 굵기 선정 후 부하용량과 변압기 정격용량을 비교하여 설계 오류 여부를 판단하는 단계; (d) 상기 오류 여부를 판단한 결과 설계 오류 발생시 오류를 통보해주는 단계; (e) 상기 (c)단계에서 오류가 없을 경우 차단기 설계 상태를 분석하여 차단기 설계에 오류 발생시 오류를 통보해주는 단계; (f) 상기 차단기 설계가 정상적일 경우 설계 도면 작성을 하고, 작성된 도면을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (a)단계는 (a-1) 변압기 설비 선택에 따라 변압기를 설계하는 단계; (a-2) 접지선 설비 선택에 따라 접지 선을 설계하는 단계; (a-3) 메인 차단기 설비 선택에 따라 메인 차단기를 설계하는 단계; (a-4) 회로 분기점 선택에 따라 분기점을 설계하는 단계; (a-5) 상기 설계한 변압기와 접지선과 메인 차단기 및 회로 분기점에 따라 전선 굵기를 자동으로 산정하는 단계; (a-6) 분기 차단기 설비 선택에 따라 분기 차단기를 설계하는 단계; (a-7) 부하 선정에 따라 부하를 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (a-1)단계는 변압기의 결선 형태 선정, 접지방식 선정, 정격용량 선정에 따라 변압기 임피던스를 선정하여 변압기를 설계하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (a-2)단계는 (a-11) 설계 접지 계통을 입력받는 단계; (a-12) 입력받는 설계 접지 계통이 TN계통일 경우 중성선 임피던스를 자동으로 선정하는 단계; (a-13) 보호 도체의 임피던스를 자동으로 선정하는 단계; (a-14) 설계 접지선의 단면적을 산출하는 단계; (a-15) 산출한 접지선의 단면적에 따라 보호 도체의 단면적을 결정하는 단계; (a-16) 산정한 전선 굵기 및 보호 도체 배선 굵기를 표시해주는 단계; (a-17) 입력받는 설계 접지 계통이 TT계통일 경우 접지 임피던스를 자동으로 선정하는 단계; (a-18) 제1 내지 제3 종 접지를 선정하고, 설계 접지선의 단면적을 산출하는 단계; (a-19) 산출한 접지선의 단면적과 선정된 제1 내지 제3종 접지에 따라 미리 결정된 기준 단면적을 비교하여 접지선의 단면적이 정상정직인지를 확인하고, 오류 발생기 오류 경고를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (a-3)단계는 (a-21)선정된 메인 차단기 종류를 검색하여 누전용 차단기가 선정된 경우 정격 감도 전류를 선정하는 단계; (a-22)상기 정격 감도 전류가 선정되거나 배선용 차단기가 선정된 경우 차단기 적용 규격을 확인하는 단계; (a-23) 상기 확인 결과 차단기가 주택용일 경우 차단기 타입을 확인하는 단계; (a-24)상기 확인한 차단기 타입에 따라 순시차단 작동 배율을 적용하는 단계; (a-25) 상기 차단기가 산업용일 경우 수신차단 특성결정 여부를 확인하는 단계; (a-26)상기 단계(a-25)의 확인 결과 순시차단 특성이 요청되지 않을 경우 순시차단 배율을 자동으로 선정하고, 상기 순시차단 특성이 요청될 경우 정격 차단 전류와 전선 전류 용량을 비교하여 정격 차단 전류가 전선 전류 용량보다 작을 경우 차단기 선정 오류에 대한 경고를 발생하는 단계; (a-27) 차단기의 순시차단 배율이 선정된 경우 고장전류를 산출하는 단계; (a-28)예상단락전류와 예상지락전류를 비교하여 예상단락전류가 예상지락전류보다 클 경우 단락전류와 정격차단전류를 비교하여 단락전류가 정격 차단 전류보다 작을 경우 차단기 선정 오류에 대한 경고를 발생하는 단계; (a-29)상기 예상단락전류가 예상지락전류보다 크지 않을 경우 지락전류와 정격 차단 전류를 비교하여 지락 전류가 정격 차단 전류보다 작을 경우 차단기 선정 오류에 대한 경고를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (a-7)단계는 (a-31)부하 종류를 확인하는 단계; (a-32)확인한 부하 종류가 저항성 부하일 경우 부하 용량을 선정하고, 부하와 분기점과의 거리를 선정하는 단계; (a-33)확인한 부하 종류가 용량성 부하일 경우 전력 공급방식을 선정하고, 부하 용량을 선정한 후 부하와 분기점과의 거리를 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (b)단계는 (b-1)전선 굵기 선정을 시작하는 단계; (b-2)사용하는 전선 및 케이블의 종류를 설정하는 단계; (b-3)외적 영향의 특성에 대응한 공사상의 고려사항의 존재 유무, 전선과 케이블 종류 및 시설상황에 대응한 시설방법의 선택, 세부 공사 방법 및 최종 공사 방법의 선정에 따라 시설상황과 공사방법에 맞는 절연체 종류 및 심의 갯수, 도체 종류, 전선 내압 및 도체 수를 자동으로 선정하는 단계; (b-4)시설상황에 맞게 설계된 전선의 보정계수를 선정하여 전선 굵기 선정을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전선의 보정계수는 도체 온도 계수, 주위온도 계수, 집합감소 계수 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (c)단계는 부하용량과 변압기 정격 용량을 비교하여 상기 부하용량이 변압기 정격용량보다 클 경우 변압기 설계 오류로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (e)단계는 차단기 설계 정상 여부를 확인하여, 차단기 설계가 비정상일 경우 변압기 설계 오류로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (d)단계는 변압기 설계 오류에 대한 알람을 발생해주고, 설계 오류 메시지를 표시해주는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 IEC기반 저압 전기설비 설계장치는 설계자의 입력 조작에 따라 저압 전기설비 설계를 위한 설비를 선택하는 설비 선택부; 상기 설비 선택부에서 선택된 전기설비를 IEC기준에 따라 도면상에 설계하는 설비 설계부; 상기 설비 설계부에서 도면상에 설계하는 전기설비를 검사하여 설계 오류시 설계 오류에 대한 경고를 발생토록 제어하고, 전기설비의 설계완료시 완료되면 도면을 저장부에 저장하는 설계 검사부; 상기 설계 검사부에서 출력되는 설계 오류에 대한 경고에 따라 설계 오류를 경고해주는 오류 경고부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 오류 경고부는 설계 오류에 대한 알람을 발생하는 알람 발생기, 설계 오류에 대한 메시지와 설계 오류를 해소할 수 있는 해결 메시지를 표시해주는 메시지 표시기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 자동으로 IEC기준에 따라 저압 전기설비를 설계하는 경우, 오류를 검출하여 오류 발생시 알람 메시지를 발생시켜줄 수 있으므로, 전기설비 설계자 또는 시공자가 전기설비를 시공하여 확인하기 이전에 저압 전기설비의 오류 여부를 정확하게 확인할 수 있도록 도모해주는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 IEC기준에 따라 저압 전기설비를 설계하는 경우 잘못된 설계시 오류를 발생시켜줌으로써 설계오류를 최소화할 수 있도록 도모해주는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 IEC기반 저압 전기설비 설계장치의 구성을 보인 블록도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 IEC기반 저압 전기설비 설계방법을 보인 흐름도,
도 3은 도 2에서 접지선 설계 과정을 보인 흐름도,
도 4는 도 2에서 변압기 설계 과정을 보인 흐름도,
도 5는 도 2에서 메인 차단기 설계 과정을 보인 흐름도,
도 6은 도 2에서 전선 굵기 산정 과정을 보인 흐름도,
도 7은 도 2에서 부하 설계 과정을 보인 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 IEC기반 저압 전기설비 설계방법 및 그 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 IEC기반 저압 전기설비 설계장치의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 IEC기반 저압 전기설비 설계장치는 설비 선택부(10), 설비 설계부(20), 설계 검사부(30), 오류 경고부(40) 및 저장부(50)를 포함한다.

설비 선택부(10)는 설계자의 입력 조작에 따라 저압 전기설비 설계를 위한 설비를 선택하는 역할을 한다. 이러한 설비 선택부(10)를 통해 변압기 설계를 위한 설비 선택, 접지선 설계를 위한 설비 선택, 메인 차단기 설계를 위한 설비 선택, 회로 분기점 설계를 위한 설비 선택, 분기 차단기 설계를 위한 설비 선택, 부하 설계를 위한 부하 설비 선택 등이 가능하다.

설비 설계부(20)는 상기 설비 선택부(10)에서 선택된 전기설비를 IEC기준에 따라 도면상에 설계하는 역할을 한다. 이러한 설계 설비부(20)는 변압기 설계, 접지선 설계, 메인 차단기 설계, 분기점 설계, 분기 차단기 설계, 부하 설계 등을 수행하게 된다.

설계 검사부(30)는 상기 설비 설계부(20)에서 도면상에 설계하는 전기설비를 검사하여 설계 오류시 설계 오류에 대한 경고를 발생토록 제어하고, 전기설비의 설계 완료시 설계 도면을 저장부에 저장하는 역할을 한다. 특히, 설계 검사부(30)는 IEC기준에 부합되도록 설계된 전기 설비를 검사하게 된다.

오류 경고부(40)는 상기 설계 검사부(30)에서 출력되는 설계 오류에 대한 경고에 따라 설계 오류를 경고해주는 역할을 한다. 이러한 오류 경고부(40)는 알람 발생기와 메시지 표시기를 구비하고, 설계 오류에 대한 알람 발생과 설계 오류에 대한 메시지 표시 및 설계 오류를 해소하기 위한 해결책 표시 등을 하게 된다.

저장부(50)는 상기 설계 검사부(30)에서 제공되는 설계 완료된 도면을 저장하는 역할을 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 IEC기반 저압 전기설비 설계장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, IEC기준에 따라 저압 전기설비를 설계하기 위한 설계자는 저압 전기설비를 시공하기 이전에 저압 전기설비를 설계하고, 그 설계한 저압 전기설비에 문제가 없는지를 확인하여, 문제 발생시 전기설비를 시공하기 이전에 설계상에서 수정하게 된다.

예컨대, 저압 전기설비를 설계하는 경우 별도의 입력장치를 통해 저압 전기설비의 설계를 위한 기능을 입력하면, 설비 설계부(20)는 저장부(50)에 저장된 설계 프로그램을 인출하여 실행시켜, 설계 준비를 한다.

설계 준비가 완료되면 화면상에 설비 입력을 위한 창이 디스플레이되며, 설계자는 화면상에 표시되는 설계 화면을 보고, 설비 선택부(10)를 통해 저압 전기설비를 위한 각종 설비를 선택하게 된다.

즉, 변압기 설계를 위한 변압기 설비를 선택하게 되고, 접지선 설계를 위한 접지선 설비를 선택하게 되며, 메인 차단기 설계를 위한 메인 차단기 설비를 선택하게 되고, 분기점 설계를 위한 회로 분기점 설비를 선택하게 되고, 분기 차단기 설계를 위한 분기 차단기 설비를 선택하게 되며, 부하 설계를 위한 부하 설비를 선택하게 된다.

상기 설비 선택부(10)에 의해 저압 전기설비를 위한 설비가 선택되면, 설비 설계부(20)에서는 IEC기준에 따라 설계를 하게 된다. 여기서 저압 전기설비에 대한 구체적인 설명은 하기의 방법 설명시에 구체적으로 하기로 한다. 상기 설비 설계부(20)는 설비 선택부(10)에 의해 하나의 전기설비가 선택될 때마다 해당 전기설비에 대해서 설계를 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 저압 전기설비를 위해서는 다수의 전기설비(변압기, 접지선, 메인 차단기, 회로 분기점, 분기 차단기, 부하, 기타)를 설계하는 데, 동시에 하는 것이 아니고 하나의 전기설비가 선택되면 그것에 대한 전기설비만을 설계하는 것이다.

전기 설비가 설계되면 설계 검사부(30)에서는 실시간으로 설계된 전기설비의 오류 여부를 검사하게 된다. 예컨대, 변압기의 설계가 완료되면 변압기 설계에 대한 오류를 검사하고, 접지선이 설계되면 접지선 설계에 대한 오류를 검사하게 된다. 오류 검사는 IEC기준에 따라 수행하게 된다.

오류 검사 결과 오류 발생시에는 오류 경고부(40)를 통해 오류에 대한 알람 발생이 이루어지도록 하고, 아울러 오류 메시지와 오류 설계에 대한 해결책(예를 들어, 부족량 표시)도 함께 표시해주도록 한다. 따라서 설계자는 특정 전기설비의 설계가 완료되는 시점에서 설계 오류 여부를 알 수 있으며, 이에 대한 해결책도 제시받게 되므로 전기설비의 시공 전에 정확하게 전기설비를 설계할 수 있게 된다.

아울러 설계 검사부(30)는 전체 저압 전기설비에 대한 설계가 완료되면, 부하용량과 변압기 정격용량 비교, 차단기 설계 정상 여부 등을 종합적으로 검사하여, 최종적으로 설계 정상 여부를 검사하게 된다. 오류 검사 결과 오류 발생시에는 오류 경고부(40)를 통해 오류에 대한 알람 발생이 이루어지도록 하고, 아울러 오류 메시지와 오류 설계에 대한 해결책(예를 들어, 부족량 표시)도 함께 표시해주도록 한다. 따라서 설계자는 전기설비의 설계가 완료된 시점에서 어부 부분에 설계 오류가 발생했는지를 알 수 있으며, 이에 대한 해결책도 제시받게 되므로 해당 부분만의 재설계를 통해 전기설비의 시공 전에 정확하게 모든 전기설비를 설계할 수 있게 되는 것이다.

이러한 과정을 통해 전기설비의 설계가 완료되면, 설계 검사부(30)는 완성된 전기설비 설계 도면을 저장부(50)에 저장한다. 필요에 따라 저장부(50)에 저장한 전기설비 설계 도면을 인쇄장치로 전달하여 출력이 이루어지도록 할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 IEC기반 저압 전기설비 설계방법을 보인 흐름도로서, S는 단계(step)를 나타낸다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 IEC기반 저압 전기설비 설계방법은 (a) 저압 전기설비를 설계하기 위한 설비 선택에 따라 IEC기준으로 설비를 설계하는 단계(S101 ~ S112); (b) 상기 (a)단계의 설비 설계 후 자동으로 전선 굵기를 산정하는 단계(S113); (c) 상기 전선 굵기 선정 후 부하용량과 변압기 정격용량을 비교하여 설계 오류 여부를 판단하는 단계(S114); (d) 상기 오류 여부를 판단한 결과 설계 오류 발생시 오류를 통보해주는 단계(S115 ~ S116); (e) 상기 (c)단계에서 오류가 없을 경우 차단기 설계 상태를 분석하여 차단기 설계에 오류 발생시 오류를 통보해주는 단계(S117, S115, S116); (f) 상기 차단기 설계가 정상적일 경우 설계 도면 작성을 하고, 작성된 도면을 저장하는 단계(S118 ~ S119)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 IEC기반 저압 전기설비 설계방법을 첨부한 도면 도 2 내지 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 단계 S101에서 설계자가 전기설비를 위한 설계 프로그램을 실행시키고, 입력 화면상에서 저압 전기설비 중 설비 선택부(10)를 통해 변압기를 선정하게 되면, 단계 S102에서 설비 설계부(20)는 변압기를 도면상에 그려 설계하게 된다.

예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 설계자는 화면상에서 변압기의 결선 형태가 단상2선식인지 3상 4선식인지를 선택하게 되고(S301), 접지방식이 TN접지 계통인지 TT접지 계통인지를 선택하게 된다(S302). 여기서 TN접지 방식은 전원 공급측을 1개소 이상에서 직접접지(계통접지)하고 전기기기의 노출 도전성 부분을 보호도체(Protective Conductors)를 통하여 전원의 접지점으로 연접시킨다. 따라서 접지전류가 전기기기 측에서 전원 접지점으로 흐를 수 있는 금속 경로가 형성된다. TN계통은 중성선(N)과 보호 도체(E)의 관계에 따라 다시 세부적으로 TN-C, TN-S, TN-C-S의 3종류로 나눈다. TT계통의 접지방식은 전원 공급측을 1개소 이상에서 직접접지(계통접지)하고 설비의 노출 도전부는 계통접지와는 전기적으로 독립된 접지전극에 접지(기기접지)한다. 즉, 계통접지와 기기접지는 완전히 분리된다. 이 계통에서 지락은 과전류차단기 또는 누전차단기로 보호하며 이 경우 기기 프레임의 대지 전위 상승을 제한하기 위한 조건이 고려되어야 한다.

접지방식 선정 후에는 정격 용량을 선정하게 된다(S303). 이러한 과정을 통해 결선형태 선정, 접지방식 선정, 정격용량이 선정되면 단계 S304에서 자동 계산을 통해 변압기 임피던스를 선정하게 된다. 여기서 변압기 임피던스 선정 방식은 전력 분야에서 통상적으로 사용하는 임피던스 선정 방식을 그대로 채택하여 사용하는 것이 바람직하다.

변압기의 설계가 완료되면 단계 S103으로 이동하여 접지선 설계를 위한 설비를 선택하게 되고, 이러한 설비 선택에 따라 단계S104에서 설비 설계부(20)는 접지선을 설계하게 된다.

예컨대, 접지선 설계는 도 3에 도시한 바와 같이, 단계 S201에서 설계 접지 계통(TN계통, TT계통)을 입력받게 되고, 입력받은 설계 접지 계통이 TN계통일 경우 단계 S202로 이동하여 중성선 임피던스를 자동으로 선정하게 된다. 여기서 중성선 임피던스는 계통의 메인 중성선을 의미하며, 변압기 용량과 전압(I=P/V)을 이용하여 전류를 계산한다. 그리고 계산된 전류의 크기를 이용하여 중성선의 굵기를 구하게 되며, 선로정수와 전선의 길이 정보를 기초로 중성선의 임피던스를 선정하게 된다. 다음으로, 단계 S203으로 이동하여 기본 세팅된 메인 단자 보호 도체(PE도체)의 임피던스를 자동으로 선정하게 되며, 단계 S204로 이동하여 설계 접지선의 단면적을 산출하게 된다. 여기서 보호 도체의 임피던스는 상기 단계 S202에서 산출한 중성선 임피던스를 기초로 자동 산출하게 된다.

이후 단계 S205에서는 상기 산출한 접지선 단면적이 16㎟보다 같거나 작은지를 확인하여, 상기 산출한 접지선 단면적이 16㎟보다 같거나 작은 경우에는 보호 도체 단면적을 설계 접지선 굵기로 선정하게 된다(S206). 이와는 달리 상기 산출한 접지선 단면적이 16㎟보다 클 경우에는 단계 S207로 이동하여 산출한 접지선의 단면적이 16㎟보다 크고 35㎟보다 같거나 작은지를 확인한다. 이 확인 결과 상기 산출한 접지선 단면적이 16㎟보다 크고 35㎟보다 작거나 같을 경우에는 보호 도체 단면적을 16㎟로 선정한다. 아울러 상기 산출한 접지선의 단면적이 16㎟보다 크고 35㎟보다 작거나 같지 않을 경우에는 단계 S209로 이동하여 산출한 접지선 단면적이 35㎟보다 큰지를 확인한다. 이 확인 결과 접지선 단면적이 35㎟보다 클 경우에는 단계 S210으로 이동하여 보호 도체 단면적을 설계 접지선 굵기의 1/2로 선정하게 된다. 이러한 과정을 통해 TN계통의 접지선 단면적 선정이 완료되면 단계 S211로 이동하여 전선 굵기 산정시 보호 도체 배선 굵기도 함께 표시해주게 된다.

한편, 입력받은 설계 접지 계통이 TT계통일 경우 단계 S212로 이동하여 접지 임피던스를 자동으로 선정하게 된다. 예컨대, 접지 임피던스는 계통의 메인 중성선 임피던스와 같이 변압기 용량과 전압(I=P/V)을 이용하여 전류를 계산한다. 그리고 계산된 전류의 크기를 이용하여 중성선의 굵기를 산출하게 되며, 선로정수와 전선의 길이 정보를 이용하여 접지 임피던스를 선정하게 된다. 이후, 단계 S213으로 이동하여 제1종, 제2종, 제3 종 접지를 선정하게 되며, 단계 S214로 이동하여 설계 접지선의 단면적을 자동으로 산출하게 된다.

이후 단계 S215에서는 선정한 접지가 제1종일 경우 상기 산출한 접지선 단면적이 6㎟보다 큰지를 확인하여, 상기 산출한 접지선 단면적이 6㎟보다 크지 않을 경우에는 단계 S218로 이동하여 접지선 설계 오류에 대한 알람을 발생해주게 된다. 이때 전 단계에서 수행한 변압기 설계 정보를 기초로 접지선의 선정을 다시 할 수 있도록 오류 메시지를 표시해주는 것이 바람직하다. 그리고 산출한 접지선 단면적이 6㎟보다 클 경우에는 선정한 접지 임피던스 등이 정상적으로 설계된 것으로 판단한다. 아울러 선정한 접지가 제2종일 경우 상기 산출한 접지선 단면적이 16㎟보다 큰지를 확인하여, 상기 산출한 접지선 단면적이 16㎟보다 크지 않을 경우에는 단계 S218로 이동하여 접지선 설계 오류에 대한 알람을 발생해주게 된다. 이때 전 단계에서 수행한 변압기 설계 정보를 기초로 접지선의 선정을 다시 할 수 있도록 오류 메시지를 표시해주는 것이 바람직하다. 그리고 산출한 접지선 단면적이 16㎟보다 클 경우에는 선정한 접지 임피던스 등이 정상적으로 설계된 것으로 판단한다. 또한, 선정한 접지가 제3종일 경우 상기 산출한 접지선 단면적이 2.5㎟보다 큰지를 확인하여, 상기 산출한 접지선 단면적이 2.5㎟보다 크지 않을 경우에는 단계 S218로 이동하여 접지선 설계 오류에 대한 알람을 발생해주게 된다. 이때 전 단계에서 수행한 변압기 설계 정보를 기초로 접지선의 선정을 다시 할 수 있도록 오류 메시지를 표시해주는 것이 바람직하다. 그리고 산출한 접지선 단면적이 2.5㎟보다 클 경우에는 선정한 접지 임피던스 등이 정상적으로 설계된 것으로 판단한다.

이러한 과정으로 접지선 설계를 완료하게 되며, 접지선 설계가 완료되면 다음 단계로 단계 S105로 이동하여 메인 차단기를 설정하게 되고, 메인 차단기의 설비 선택이 완료되면 단계 S106으로 이동하여 메인 차단기를 설계하게 된다.

예컨대, 메인 차단기의 설계는 도 5에 도시한 바와 같이, 단계 S401에서 설계자가 선정한 메인 차단기의 종류를 검색하여, 누전용 차단기가 선정된 경우에는 단계 S402로 이동하여 정격 감도 전류를 선정하게 된다. 상기 정격 감도 전류가 선정되거나 배선용 차단기가 선정된 경우에는 단계 S403으로 이동하여 차단기 적용 규격을 확인한다. 이 확인 결과 차단기 적용 규격이 주택용일 경우 단계 S404로 이동하여 차단기 타입(구분)을 확인한다. 아울러 상기 차단기 타입을 확인한 결과 차단기 타입이 C타입일 경우에는 순시차단 작동 배율을 5 ~ 10배를 적용한다(S406). 또한, 상기 확인 결과 차단기 타입이 D타입일 경우에는 순시차단 작동 배율을 10 ~ 20배를 적용한다(S405). 그리고 상기 단계 S403에서 확인한 차단기 적용 규격이 산업용일 경우에는 단계 S408로 이동하여 순시차단 특성 존재 여부를 확인한다. 이 확인 결과 순시차단 특성이 없을 경우에는 자동으로 순시차단 배율을 선정하게 되고, 이와는 달리 순시차단 특성이 존재할 경우에는 정격차단전류와 전선 전류용량을 비교하여 상기 정격차단전류가 상기 전선전류용량보다 클 경우에는 메인 차단기의 설계 오류로 판단을 하고, 메인 차단기 설계 오류에 대한 경고를 발생하게 된다(S409 ~ S411). 여기서 순시차단 배율선정은 설계자가 임의로 선정하게 되며, 프로그램에서 설계자가 선정한 값을 이용하여 차단기 작동 배율을 적용하게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 순시차단 배율을 선정한 경우에는 단계 S412로 이동하여 고장전류를 산출하고, 단계 S413로 이동하여 예상 단락전류와 예상 지락전류를 비교한다. 이 비교결과 예상 단락전류가 예상 지락전류 보다 클 경우에는 단계 S414로 이동하여 단락 전류가 정격차단전류보다 큰지를 확인한다. 이 확인 결과 단락 전류가 정격 차단전류보다 클 경우에는 정상적인 메인 차단기 설계로 판단을 하고, 이와는 달리 단락 전류가 정격 차단전류보다 작을 경우에는 단계 S416로 이동하여 메인 차단기 설계 오류에 대한 경고를 발생하게 된다(S416). 이러한 메인 차단기 설계 오류에 대한 경고에 따라 설계자(사용자)는 메인 차단기를 다시 설계한다. 바람직하게는 메인 차단기의 설계 오류에 따른 해결책을 제시해줌으로써, 설계자가 보다 더 용이하게 메인 차단기를 재설계할 수 있도록 해준다. 아울러 상기 예상 단락전류가 상기 예상 지락전류보다 작을 경우에는 단계 S415로 이동하여 지락 전류가 정격 차단전류보다 큰지를 확인한다. 이 확인 결과 지락 전류가 정격 차단전류보다 클 경우에는 정상적인 메인 차단기 설계로 판단을 하고 다음 단계로 이동을 하나, 지락 전류가 정격 차단전류보다 크지 않을 경우에는 메인 차단기의 설계 오류로 판단을 하고, 단계 S416으로 이동하여 메인 차단기 설계 오류에 대한 경고를 발생하게 된다.

다음으로, 상기와 같은 과정으로 메인 차단기의 설계가 완료되면 단계 S107로 이동하여 설계자가 회로 분기점에 대한 설비를 선택하게 되면 단계 S108에서 분기점을 설계하게 된다. 여기서 분기점 설계는 각 전선의 선로 정수 산정에 필요한 분기간의 거리를 선정하게 된다.

분기점 설계가 완료되면 자동으로 상기 변압기 설계정보, 접지선 설계정보, 메인 차단기 설계정보, 분기점 설계 정보를 기반으로 전선 굵기를 자동으로 산정한다. 여기서 전선 굵기 선정은 후술하기로 한다.

이후 단계 S110으로 이동하여 분기 차단기를 선정하게 된다. 여기서 분기 차단기의 선정 과정도 상기 단계 S106의 메인 차단기의 설계와 동일한 방식으로 이루어진, 분기 차단기를 설계하게 된다.

다음으로, 단계 S111로 이동하여 설계자가 부하를 선택하게 되면 단계 S112로 이동하여 부하를 설계하게 된다.

상기 부하 설계는 도 7에 도시한 바와 같이, 단계 S601에서 설계자가 선택한 부하 종류를 확인하여, 저항성 부하일 경우에는 단계 S602로 이동하여 자동으로 부하 용량을 선정하고, 단계 S603으로 이동하여 부하와 분기점과의 거리를 선정하게 된다. 여기서 분기점과 부하의 거리는 설계자가 결정하며 선정정수와 선로길이(분기점과의 거리)를 이용하여 선로의 임피던스를 계산한다. 아울러 설계자가 선택한 부하 종류가 용량성 부하일 경우에는 단계 S604로 이동하여 전력 공급방식을 선정한다. 여기서 전력 공급방식은 단상2선식, 3상4선식 중 하나를 선정한다. 이후 단계S605로 이동하여 부하 용량을 자동으로 선정하고, 단계 S606으로 이동하여 부하와 분기점과의 거리를 선정하게 된다.

이러한 과정을 통해 부하의 설계를 완료하면, 단계 S113으로 이동하여 자동으로 전선 굵기를 산정하게 된다.

여기서 전선 굵기 산정은 도 6에 도시한 바와 같이, 단계 S501에서 전선 굵기 선정을 시작하는 단계로 진입하고, 단계 S502에서 설계자는 사용하는 전선 및 케이블의 종류를 설정한다. 이후 단계S503으로 이동하여 외적 영향의 특성에 대응한 공사상의 고려사항이 존재하는지를 검토하게 되고, 단계 S504로 이동하여 설계자가 전선과 케이블 종류 및 시설상황에 대응한 시설방법을 선택한다. 그리고 단계 S505로 이동하여 세부 공사 방법 및 최종 공사 방법을 선정하고, 단계 S506으로 이동하여 시설상황과 공사방법에 맞는 절연체 종류 및 심의 갯수, 도체 종류, 전선 내압 및 도체 수를 자동으로 선정한다. 여기서 절연체 종류 및 심의 갯수, 도체종류, 전선 내압 및 도체 수를 자동으로 선정하는 방식은 본 출원인이 출원하여 등록받은 대한민국 등록특허 제10-1067439호(전선 굵기와 허용전류 산정 장치 및 방법, 이를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체)에 개시된 방식을 그대로 채택하여 선정한다.

아울러 단계 S507로 이동하여 시설상황에 맞게 설계된 전선의 보정계수를 선정하여 전선 굵기 선정을 완료하게 된다. 여기서 전선의 보정계수는 도체 온도 계수, 주위온도 계수, 집합감소 계수 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 과정으로 저압 전기설비의 설계가 완료되면, 단계S114로 이동하여 부하용량과 변압기 정격용량을 비교하여, 부하용량이 변압기 정격용량보다 클 경우에는 단계 S115로 이동하여 설계 오류 알람을 발생하고, 단계 S116에서는 설계 오류 메시지를 표시해주게 된다. 이때 설계 오류를 해소하기 위한 해결책을 함께 표시해주는 것이 바람직하다.

아울러 부하용량이 상기 변압기 정격용량보다 크지 않을 경우에는 단계S117로 이동하여 차단기 설계가 정상적인지를 확인한다. 이 확인 결과 차단기 설계가 비정상적이면 단계 S115로 이동하여 설계 오류 알람을 발생하고, 단계 S116에서는 설계 오류 메시지를 표시해주게 된다. 이때 설계 오류를 해소하기 위한 해결책을 함께 표시해주는 것이 바람직하다.

또한, 상기 차단기 설계를 확인한 결과 차단기가 정상적으로 설계된 경우에는 단계 S118 및 S119로 이동하여 저압 전기설비 설계가 완료된 도면을 저장부(50)에 저장한다. 이때 설계자의 요구에 따라 설계가 완료된 도면을 출력장치로 전송하여 인쇄를 해주는 것도 가능하다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 저압 전기설비 설계에 적용된다. 특히, IEC기준에 따라 저압 전기설비를 설계하는 경우 시공 전에 설계를 검사하는 데에 효과적으로 적용할 수 있다.

10… 설비 선택부
20… 설비 설계부
30… 설계 검사부
40… 오류 경고부
50… 저장부

Claims (13)

1. IEC(International Electrotechnical Commission)기반 저압 전기설비 설계방법에 관한 것으로,
   (a) 저압 전기설비를 설계하기 위한 설비 선택에 따라 IEC기준으로 설비를 설계하는 단계;
   (b) 상기 (a)단계의 설비 설계 후 자동으로 전선 굵기를 산정하는 단계;
   (c) 상기 전선 굵기 선정 후 부하용량과 변압기 정격용량을 비교하여 설계 오류 여부를 판단하는 단계;
   (d) 상기 오류 여부를 판단한 결과 설계 오류 발생시 오류를 통보해주는 단계;
   (e) 상기 (c)단계에서 오류가 없을 경우 차단기 설계 상태를 분석하여 차단기 설계에 오류 발생시 오류를 통보해주는 단계; 및
   (f) 상기 차단기 설계가 정상적일 경우 설계 도면 작성을 하고, 작성된 도면을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 (a)단계는 (a-1) 변압기 설비 선택에 따라 변압기를 설계하는 단계; (a-2) 접지선 설비 선택에 따라 접지 선을 설계하는 단계; (a-3) 메인 차단기 설비 선택에 따라 메인 차단기를 설계하는 단계; (a-4) 회로 분기점 선택에 따라 분기점을 설계하는 단계; (a-5) 상기 설계한 변압기와 접지선과 메인 차단기 및 회로 분기점에 따라 전선 굵기를 자동으로 산정하는 단계; (a-6) 분기 차단기 설비 선택에 따라 분기 차단기를 설계하는 단계; (a-7) 부하 선정에 따라 부하를 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 (a-1)단계는 변압기의 결선 형태 선정, 접지방식 선정, 또는 정격용량 선정 중 적어도 어느 하나 이상에 따라 변압기 임피던스를 선정하여 변압기를 설계하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법.
   
4. 청구항 2에 있어서, 상기 (a-2)단계는 (a-11) 설계 접지 계통을 입력받는 단계; (a-12) 입력받는 설계 접지 계통이 TN계통일 경우 중성선 임피던스를 자동으로 선정하는 단계; (a-13) 보호 도체의 임피던스를 자동으로 선정하는 단계; (a-14) 설계 접지선의 단면적을 산출하는 단계; (a-15) 산출한 접지선의 단면적에 따라 보호 도체의 단면적을 결정하는 단계; (a-16) 산정한 전선 굵기 및 보호 도체 배선 굵기를 표시해주는 단계; (a-17) 입력받는 설계 접지 계통이 TT계통일 경우 접지 임피던스를 자동으로 선정하는 단계; (a-18) 제1 내지 제3 종 접지를 선정하고, 설계 접지선의 단면적을 산출하는 단계; (a-19) 산출한 접지선의 단면적과 선정된 제1 내지 제3종 접지에 따라 미리 결정된 기준 단면적을 비교하여 접지선의 단면적이 정상정직인지를 확인하고, 오류 발생기 오류 경고를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법.
   
5. 청구항 2에 있어서, 상기 (a-3)단계는 (a-21)선정된 메인 차단기 종류를 검색하여 누전용 차단기가 선정된 경우 정격 감도 전류를 선정하는 단계; (a-22)상기 정격 감도 전류가 선정되거나 배선용 차단기가 선정된 경우 차단기 적용 규격을 확인하는 단계; (a-23) 상기 확인 결과 차단기가 주택용일 경우 차단기 타입을 확인하는 단계; (a-24)상기 확인한 차단기 타입에 따라 순시차단 작동 배율을 적용하는 단계; (a-25) 상기 차단기가 산업용일 경우 수신차단 특성결정 여부를 확인하는 단계; (a-26)상기 단계(a-25)의 확인 결과 순시차단 특성이 요청되지 않을 경우 순시차단 배율을 자동으로 선정하고, 상기 순시차단 특성이 요청될 경우 정격 차단 전류와 전선 전류 용량을 비교하여 정격 차단 전류가 전선 전류 용량보다 작을 경우 차단기 선정 오류에 대한 경고를 발생하는 단계; (a-27) 차단기의 순시차단 배율이 선정된 경우 고장전류를 산출하는 단계; (a-28)예상단락전류와 예상 지락전류를 비교하여 예상단락전류가 예상 지락전류보다 클 경우 단락전류와 정격차단전류를 비교하여 단락전류가 정격 차단 전류보다 작을 경우 차단기 선정 오류에 대한 경고를 발생하는 단계; (a-29)상기 예상단락전류가 예상지락전류보다 크지 않을 경우 지락전류와 정격 차단 전류를 비교하여 지락 전류가 정격 차단 전류보다 작을 경우 차단기 선정 오류에 대한 경고를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법.
   
6. 청구항 2에 있어서, 상기 (a-7)단계는 (a-31)부하 종류를 확인하는 단계; (a-32)확인한 부하 종류가 저항성 부하일 경우 부하 용량을 선정하고, 부하와 분기점과의 거리를 선정하는 단계; (a-33)확인한 부하 종류가 용량성 부하일 경우 전력 공급방식을 선정하고, 부하 용량을 선정한 후 부하와 분기점과의 거리를 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 (b)단계는 (b-1)전선 굵기 선정을 시작하는 단계; (b-2)사용하는 전선 및 케이블의 종류를 설정하는 단계; (b-3)외적 영향의 특성에 대응한 공사상의 고려사항의 존재 유무 또는 전선과 케이블 종류 또는 시설상황에 대응한 시설방법의 선택 또는 세부 공사 방법 및 최종 공사 방법의 선정 중 적어도 어느 하나 이상에 따라 시설상황과 공사방법에 맞는 절연체 종류 또는 심의 갯수 또는 도체 종류 또는 전선 내압 또는 도체 수 중 적어도 하나 이상을 자동으로 선정하는 단계; (b-4)시설상황에 맞게 설계된 전선의 보정계수를 선정하여 전선 굵기 선정을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 전선의 보정계수는 도체 온도 계수, 주위온도 계수 또는 집합감소 계수 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법.
   
9. 청구항 1에 있어서, 상기 (c)단계는 부하용량과 변압기 정격 용량을 비교하여 상기 부하용량이 변압기 정격용량보다 클 경우 변압기 설계 오류로 판단하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법.
   
10. 청구항 1에 있어서, 상기 (e)단계는 차단기 설계 정상 여부를 확인하여, 차단기 설계가 비정상일 경우 변압기 설계 오류로 판단하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법.
    
11. 청구항 1에 있어서, 상기 (d)단계는 변압기 설계 오류에 대한 알람을 발생해주고, 설계 오류 메시지를 표시해주는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계방법.
    
12. IEC기반 저압 전기설비 설계장치에 관한 것으로서,
    설계자의 입력 조작에 따라 저압 전기설비 설계를 위한 설비를 선택하는 설비 선택부;
    상기 설비 선택부에서 선택된 전기설비를 IEC기준에 따라 도면상에 설계하는 설비 설계부;
    상기 설비 설계부에서 도면상에 설계하는 전기설비를 검사하여 설계 오류시 설계 오류에 대한 경고를 발생토록 제어하고, 전기설비의 설계완료시 완료되면 도면을 저장부에 저장하는 설계 검사부; 및
    상기 설계 검사부에서 출력되는 설계 오류에 대한 경고에 따라 설계 오류를 경고해주는 오류 경고부를 포함하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계장치.
    
13. 청구항 12에 있어서, 상기 오류 경고부는 설계 오류에 대한 알람을 발생하는 알람 발생기, 설계 오류에 대한 메시지와 설계 오류를 해소할 수 있는 해결 메시지를 표시해주는 메시지 표시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 IEC기반 저압 전기설비 설계장치.
    

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