KR20050007966A

KR20050007966A - 전력 케이블 크기 계산 방법

Info

Publication number: KR20050007966A
Application number: KR1020030047610A
Authority: KR
Inventors: 김대중
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2003-07-12
Filing date: 2003-07-12
Publication date: 2005-01-21

Abstract

본 발명은 전력 기기의 안정된 전력 공급을 위하여 전력용 케이블의 설치 조건에 따른 적정 케이블 규격을 선정하고 각 부하 종류별 케이블의 최대 허용 긍장을 자동으로 결정하도록 한 전력 케이블 크기 계산 방법에 관한 것으로, 전력 기기의 적용 용량에 따른 케이블의 사양을 검토하여 해당 케이블의 최소 도체 규격을 선정하는 과정과; 전력 기기에 안정된 전력 공급을 위한 케이블 설계의 입력 자료로 설치 조건에 따라 케이블 보정 계수를 선정한 후에, 상기 최소 도체 규격별로 해당 케이블 보정 계수를 적용하여 최대 허용 전류를 선정하는 과정과; 부하 용량에 따른 전부하 전류를 측정하여 부하 종류별 케이블 전류 여유 용량을 선정하는 과정과; 전력 기기에 안정된 전력 공급을 위한 케이블 설계의 입력 자료로 상기 최소 도체 규격별로 저항 및 케이블 선로 정수를 선정하는 과정과; 전부하 운전 및 기동 시에 대한 전압 강하 허용 기준을 선정한 후에, 해당 전압 강하 기준을 고려하여 부하 종류별로 케이블 최대 허용 길이를 계산하는 과정과; 상기 최대 허용 전류보다 작은 케이블 전류 여유 용량에 해당하는 케이블 최대 허용 길이만을 선택하여 각 부하별 케이블 허용 긍장표를 작성하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 함으로써, 모든 프로젝트의 케이블 계산에 적용 가능하며, 설계 요소의 변동 시에도 바로 허용 긍장 계산 결과를 산출하여 최적의 설계가 가능하며, 수 계산으로 인한 오류를 방지할 수 있다.

Description

전력 케이블 크기 계산 방법 {Power Cable Sizing Calculation Method}

본 발명은 전력 케이블 크기 계산 방법에 관한 것으로, 특히 전력 기기의 안정된 전력 공급을 위하여 전력용 케이블의 설치 조건에 따른 적정 케이블 규격을 선정하고 각 부하 종류별 케이블의 최대 허용 긍장을 자동으로 결정하도록 한 전력 케이블 크기 계산 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전력 기기의 안정된 전력 공급을 위하여 전력용 케이블의 크기 계산 시에는 설계 조건에 따라 여러 가지의 다른 설계 요소(Factor)를 계산식에 적용하여 허용 긍장표라는 결과물을 작성하도록 하고 있다.

해당 허용 긍장표는 이와 같은 계산을 수 없이 반복 수행함으로 해서 얻어지게 되는데, 이에 케이블 허용 긍장표 작성에 소요되는 수많은 계산을 수행하기 위한 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.

또한, 케이블 허용 긍장표 작성 시에 수 계산으로 인한 오류의 가능성이 많으며, 설계 요소가 하나라도 상이한 조건일 경우에는 무용지물이 되며, 결과물들은 이에 해당하는 프로젝트용으로만 활용 가능하다는 단점이 있다.

전술한 바와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 전력 기기의 안정된 전력 공급을 위하여 전력용 케이블의 설치 조건에 따른 적정 케이블 규격을 선정하고 각 부하 종류별 케이블의 최대 허용 긍장을 자동으로 결정하도록 한 전력 케이블 크기 계산 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전력 기기의 안정된 전력 공급을 위하여 전력용 케이블의 설치 조건에 따른 적정 케이블 규격을 선정하고 각 부하 종류별 케이블의 최대 허용 긍장을 자동으로 결정하도록 함으로써, 모든 프로젝트의 케이블 계산에 적용 가능하며, 설계 요소의 변동 시에도 바로 허용 긍장 계산 결과를 산출하여 최적의 설계가 가능하며, 수 계산으로 인한 오류를 방지할 수 있도록 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 케이블 크기 계산을 위한 시스템의 구성을 나타낸 블록도.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 케이블 크기 계산 방법을 나타낸 순서도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 자동 계산 프로세스(Process)

12 : 메모리부

13 : 입력부

14 : 출력부

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전력 케이블 크기 계산 방법은 전력 기기의 적용 용량에 따른 케이블의 사양을 검토하여 해당 케이블의 최소 도체 규격을 선정하는 과정과; 전력 기기에 안정된 전력 공급을 위한 케이블 설계의 입력 자료로 설치 조건에 따라 케이블 보정 계수를 선정한 후에, 상기 최소 도체 규격별로 해당 케이블 보정 계수를 적용하여 최대 허용 전류를 선정하는 과정과; 부하 용량에 따른 전부하 전류를 측정하여 부하 종류별 케이블 전류 여유 용량을 선정하는 과정과; 전력 기기에 안정된 전력 공급을 위한 케이블 설계의 입력 자료로 상기 최소 도체 규격별로 저항 및 케이블 선로 정수를 선정하는 과정과; 전부하 운전 및 기동 시에 대한 전압 강하 허용 기준을 선정한 후에, 해당 전압 강하 기준을 고려하여 부하 종류별로 케이블 최대 허용 길이를 계산하는 과정과; 상기 최대 허용 전류보다 작은 케이블 전류 여유 용량에 해당하는 케이블 최대 허용 길이만을 선택하여 각 부하별 케이블 허용 긍장표를 작성하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에 따른 전력 케이블 크기 계산을 위한 시스템의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 전력용 케이블의 설치 조건에 따른 적정 케이블 규격을 선정하고 각 부하 종류별 케이블의 최대 허용 긍장을 결정하는 자동 계산 프로세스(11)와, 해당 자동 계산 프로세스(11)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 메모리부(12)와, 케이블 최소 도체 규격 선정의 기준 값 및 케이블 설계의 입력 자료를 입력하기 위한 입력부(13)와, 해당 자동 계산 프로세스(11)에 의해 결정된 허용 긍장표를 출력시켜 주는 출력부(14)를 포함하여 이루어진다.

그리고, 해당 구성은 케이블 허용 긍장의 자동 계산 프로세스(11)를 이용하여 여러 가지의 설계 요소를 입력하는 것만으로 조건에 알맞은 허용 긍장표를 자동적으로 작성하도록 해당 출력부(14)를 통해 출력하도록 이루어진다.

여기서, 해당 케이블 허용 긍장의 자동 계산 프로세스(11)는 전력용 케이블의 적정 규격을 선정하기 위해서 전력용 케이블에 대한 허용 전류를 산정하며, 설치 조건에 따른 보정 계수(Derating Factor)를 선정하며, 또한 전압 강하, 역률 및 선로 정수 등을 고려하여 부하의 위치에 따라 케이블 규격을 선정할 수 있도록 각 부하별 케이블의 최대 허용 긍장을 자동 계산한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전력 케이블 크기 계산 방법을 도 2의 순서도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전력 기기에 안정된 전력 공급을 위하여 해당 전력 기기의 적용 용량(즉, 전압)에 따른 케이블의 사양을 검토하여 6.9(KV)의 고압 계통인지 480(V) 이하의 저압 계통인지를 확인하며, 해당 계통에 따라 케이블의 최소 도체 규격을 선정한다(단계 S1). 예를 들어, 6.9(KV)의 고압 계통의 경우에는 100(mm2)을 사용하고 480(V) 이하의 저압 계통의 경우에는 3.5(mm2)를 사용하도록 한다.

이 때, 상기 케이블 최소 도체 규격 선정의 기준은 상기 케이블 사양뿐만 아니라, 단락 전류 지속 시간(t) 및 상기 각 계통별 최대 단락 용량(즉, 단락 전류(I))도 적용해 준다.

예를 들어, 순시 요소 보호 계전기 동작 시간을 1.5사이클(Cycle)로 적용하며, 락-아웃(Lock-out) 계전기 동작 시간을 0.4사이클로 적용하며, 6.9(KV)의 고압 계통의 차단기 동작 시간을 5사이클로 적용하게 되면, 총 단락 전류 지속 시간(t)은 6.9사이클이 된다.

다시 말해서, 케이블의 최소 도체 규격은 아래의 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.

여기서, 'A'는 케이블 도체 단면적을 나타내며, 'T1'은 정상 운전 시의 허용 온도로 약 90(℃)이며, 'T2'는 단락 시의 허용 온도로 약 250(℃)이다.

그리고, 상기 선정된 케이블의 최소 도체 규격에 따라 케이블을 선정하는데,예를 들어 60(mm2) 이하는 'FR-CV 3/C' 케이블로 사용하고 100(mm2) 이상은 'FR-CV 1/C' 케이블로 사용한다.

그리고, 전력 기기에 안정된 전력 공급을 위하여 케이블 설계의 입력 자료 중에서 케이블 보정 계수를 확인하는데, 설치 조건(즉, 포설 유무, 주위 온도, 도체 온 등)에 따라 선정하도록 한다(단계 S2).

예를 들어, 도체 수 10 ~ 24 기준으로 케이블 트레이에 케이블을 간격 없이 포설할 경우에 제1보정 계수를 0.7로 한다. 또한, 온도에 의한 보정 계수는 주위 온도 및 도체 온도에 따라 선정하는데, 예를 들어 40(℃) 기준으로 적용 주위 온도가 45(℃)인 경우에 제2보정 계수를 0.95로 하고 90(℃) 기준으로 적용 도체 온도가 90(℃)인 경우에 제3보정 계수를 1.0으로 한다. 이에, 상기 케이블 보정 계수는 세 가지의 보정 계수를 곱하여 '0.665'로 선정해 준다.

상기 케이블 보정 계수는 6.9(KV)의 고압 계통의 케이블 및 480(V) 이하의 저압 계통의 케이블에 대한 포설의 경우에 케이블 트레이(Cable Tray)에 이격 거리 없이 이루어지는 것이 대부분이므로, 케이블 트레이에 이격 거리 없이 포설되는 것을 기준으로 해당 보정 계수를 선정함으로써, 케이블 공급자의 케이블 허용 전류에 해당 보정 계수를 적용한 최대 허용 전류를 상기 제1단계(S1)에서 선정된 각 케이블의 최소 도체 규격별로 선정하도록 한다(단계 S3).

그런 후에, 전력 기기에 안정된 전력 공급을 위한 전부하 전류 값(Iz)을 측정하는데, 즉 부하 용량에 따른 케이블에 흐르는 전류 값을 측정한다(단계 S4).

이에, 상기 제4단계(S4)에서 측정된 전부하 전류 값(Iz)을 이용하여 부하 종류별 케이블 전류 여유 용량(F)을 선정하도록 하는데, 즉 부하 종류에 따라 해당 전부하 전류 값(Iz)에 소정의 퍼센트를 적용하여 해당 부하 종류별 케이블 전류 여유 용량(F)을 선정한다(단계 S5).

예를 들어, 전동기 부하의 경우에는 전부하 전류의 125(%)를 적용하며, 변압기의 1,2차 간선의 경우에는 FA 정격의 115(%)를 적용하며, MCC 인입 피이더(Feeder)의 경우에는 MCC 모선의 최대 부하 전류를 적용하며, 비 전동기 부하의 경우에는 연속 부하 시에 전부하 전류의 125(%)를 적용하고 불연속 부하 시에 전부하 전류의 100(%)을 적용하도록 해 준다.

그리고, 전력 기기에 안정된 전력 공급을 위하여 케이블 설계의 입력 자료 중에서 케이블 선로 정수(X)를 확인하는데, 즉 해당 케이블의 굵기에 따른 저항 값(R) 및 해당 케이블 선로 정수(X)를 선정한다(단계 S6). 여기서, 해당 케이블 선로 정수(X)는 케이블에 흐를 수 있는 전류의 통전 가능성에 따른 저항 특성 값을 말한다.

그리고, 전부하 운전 및 기동 시에 대한 전압 강하 허용 기준, 즉 전압 강하률(ΔU)을 확인하는데(단계 S7), 운전의 종류 및 케이블의 종류에 따라 정격 전압의 소정의 퍼센트로 전압 강하률(ΔU)을 선정해 준다.

예를 들어, 전부하 운전 시에는 배전반, 변압기, L/C 및 MCC 인입 케이블의 경우에 정격 전압의 1(%)로 하고 전동기 및 기타 기기용 피이더 케이블의 경우에 정격 전압의 3(%)으로 하도록 하며, 기동 시에는 6.9(KV)의 고압 계통의 전동기용 케이블의 경우에 정격 전압의 3(%)으로 하고 480(V) 이하의 저압 계통의 L/C 및MCC 전동기용 케이블의 경우에 정격 전압의 8 및 12(%)로 각각 하도록 한다.

이에 따라, 상기 제6단계(S6)에서 확인한 전압 강하률을 고려하여 케이블 최대 허용 길이(L1, L2)를 부하 종류별로 아래의 수학식 2 및 수학식 3과 같이 계산한다(단계 S8). 여기서, 'COSθ'는 전부하 시의 역률 또는 기동 시의 역률 을 말한다.

이 때, 전동기의 기동 전류는 전부하의 6.5배로 하고 전동기 기동시의 역률(즉, COSθ)은 0.2로 한다. 또한, 전부하 운전 시 또는 기동 시의 케이블 최대 허용 길이 중에서 작은 값을 선택하도록 한다.

그러면, 상기 제8단계(S8)에서 계산된 케이블 최대 허용 길이 값들 중에서, 상기 제3단계(S3)에서 선정한 최대 허용 전류보다 작은 케이블 전류 여유 용량(F)에 해당하는 케이블 최대 허용 길이만을 선택하여 자동으로 각 부하별 케이블 허용 긍장표를 작성하도록 한다(단계 S9).

이상과 같이, 본 발명에 의해 전력 기기의 안정된 전력 공급을 위하여 케이블 허용 긍장의 자동 계산 프로세스를 이용하여 여러 가지의 설계 요소를 입력하는 것만으로 조건에 알맞은 허용 긍장표를 자동적으로 작성하도록 함으로써, 모든 프로젝트의 케이블 계산에 적용 가능하며, 설계 요소의 변동 시에도 바로 허용 긍장 계산 결과를 산출하여 최적의 설계가 가능하며, 수 계산으로 인한 오류를 방지할 수 있다.

Claims

전력 기기의 적용 용량에 따른 케이블의 사양을 검토하여 해당 케이블의 최소 도체 규격을 선정하는 과정과;

전력 기기에 안정된 전력 공급을 위한 케이블 설계의 입력 자료로 설치 조건에 따라 케이블 보정 계수를 선정한 후에, 상기 최소 도체 규격별로 해당 케이블 보정 계수를 적용하여 최대 허용 전류를 선정하는 과정과;

부하 용량에 따른 전부하 전류를 측정하여 부하 종류별 케이블 전류 여유 용량을 선정하는 과정과;

전력 기기에 안정된 전력 공급을 위한 케이블 설계의 입력 자료로 상기 최소 도체 규격별로 저항 및 케이블 선로 정수를 선정하는 과정과;

전부하 운전 및 기동 시에 대한 전압 강하 허용 기준을 선정한 후에, 해당 전압 강하 기준을 고려하여 부하 종류별로 케이블 최대 허용 길이를 계산하는 과정과;

상기 최대 허용 전류보다 작은 케이블 전류 여유 용량에 해당하는 케이블 최대 허용 길이만을 선택하여 각 부하별 케이블 허용 긍장표를 작성하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전력 케이블 크기 계산 방법.