KDS 설계기준 316020 예비전원설비

2024년 07월 23일 건설엔지니어

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1. 일반사항

1.1 목적

이 기준은 건축물에 설치되는 예비전원설비에 대한 표준적인 설계 방법을 제시하여 합리적인 계획 및 설계를 돕는 것을 목표로 한다. 특히 상용 전원이 정전될 경우 중요한 부하 기기에 안정적인 전력 공급을 위한 설계 가이드라인을 제공한다.

1.2 적용범위

본 기준은 건축물 내 예비전원설비에 적용되며, 자가발전설비, 축전지설비, 무정전전원장치(UPS), 전기저장장치 등 다양한 시스템을 포함한다. 특히 의료 시설의 경우 상용 전원 중단 시 의료 행위에 심각한 문제가 발생할 수 있으므로 의료법령에 따른 설계가 요구되며, KS C IEC 60364-7-710을 참고하여 설계해야 한다.

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

건축물의 구조기준 등에 관한 규칙
건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙
건축법, 건설산업기본법, 건설기술진흥법, 주택법 및 관계 시행령, 시행규칙
방송통신설비의 기술기준에 관한 규정
산업안전보건법령, 산업안전보건기준에 관한 규칙
산업표준화법 및 시행령, 시행규칙
소방기본법, 소방시설공사업법 및 관계 시행령, 시행규칙
승강기안전관리법 및 시행령, 시행규칙
의료법 및 시행령, 시행규칙
전기사업법, 전기공사업법, 전력기술관리법 및 관계 시행령, 시행규칙
전기안전관리법 및 시행령, 시행규칙
정보통신공사업법 및 시행령, 시행규칙
지진․화산재해대책법 및 시행령, 시행규칙
초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법
화재예방, 소방시설 설치 유지 및 안전관리에 관한 법 및 시행령, 시행규칙

1.3.2 관련 기준

고효율에너지기자재 보급촉진에 관한 규정(산업통상자원부)
공공기관 에너지이용 합리화 추진에 관한 규정(산업통상자원부)
소방시설 자체점검사항 등에 관한 고시(소방청)
전기설비기술기준(산업통상자원부)
지능형 홈네트워크 설비 설치 및 기술기준(산업통상자원부, 국토교통부, 과학기술정보통신부)
화재안전기준(소방청)
KDS 31 10 20 건축전기설비일반사항(국토교통부)
KDS 41 17 00 건축물 내진설계기준(국토교통부)

1.3.3 참조 표준

1.3.3.1 공통 표준

KS C IEC 60364 저압전기설비
KS C IEC 60614-1-A 전기설비용 전선관 제1부 일반요구사항

1.3.3.2 자가발전설비

KS C IEC 60034-1 회전기기-제1부 : 정격 및 성능
KS C IEC 60227 정격전압 450/750 V 이하 염화비닐 절연케이블
KS C IEC 60228 절연케이블용 도체
KS C IEC 60502 정격전압 1 kV~30 kV 압출성형 절연전력케이블 및 그 부속품
KS B 1563 방진스프링 마운트
KS B 6014 가스터빈 시험방법
KS B 6083 가스터빈의 조달시방
KS B 6232 체인블록
KS B 7501 소형벌루트 펌프
KS C 4402 충전용 정류장치
KS C 8401 강제전선관
KS C 8422 금속제 가요전선관
KS C 8459 금속제 가요전선관용 부속품
KS C 8460 금속제 전선관용 부속품
KS D 3501 열간압연 연강판 및 강대
KS D 3503 일반구조용 압연 강재
KS D 3507 배관용 탄소강관
KS D 3512 냉간압연강판 및 강대
KS D 3562 압력배관용 탄소강관
KS D 3564 고압배관용 탄소강관
KS D 3566 일반구조용 탄소강관
KS D 3576 배관용 스테인리스강관
KS D 3583 배관용 아크용접 탄소강 강관
KS D 3698 냉간압연 스테인리스 강판 및 강대
KS D 3705 열간압연 스테인리스 강판 및 강대
KS D 5301 이음매 없는 구리 및 구리합금관
KS D 5530 구리 버스바
KS D 8308 용융 아연도금

1.3.3.3 축전지설비

KS C IEC 60227 정격전압 450/750 V 이하 염화비닐 절연케이블
KS C IEC 60228 절연케이블용 도체
KS B 1561 방진스프링행거
KS B 1563 방진스프링마운트
KS C 2202 납축전지용 격리판
KS C 2207 납축전지용 전조
KS C 4402 충전용 정류장치
KS C 8505 고정형납축전지
KS C 8518 밀폐고정형 납축전지

1.3.3.4 무정전전원장치

KS C IEC 60034-1 회전기기-제1부 : 정격 및 성능
KS C IEC 60146 반도체 컨버터
KS C IEC 60227 정격전압 450/750 V 이하 염화비닐 절연케이블
KS C IEC 60228 절연케이블용 도체
KS C IEC 62040 무정전전원장치
KS B 1561 방진스프링행거
KS B 1563 방진스프링마운트
KS C 2202 납축전지용 격리판
KS C 2207 납축전지용 전조
KS C 4310 무정전전원장치
KS C 4402 충전용 정류장치
KS C 8505 고정형납축전지
KS C 8518 밀폐고정형 납축전지
KS D 5530 구리 버스바
KS D 8308 용융 아연도금

1.3.3.5 전기저장장치

KS C IEC 60068-1 환경시험-제1부:일반사항 및 지침
KS C IEC 60146-1 반도체 컨버터-일반요구사항 및 선전류 컨버터-제1부 기본요구사양
KS C IEC 60439-1 저전압 개폐장치 및 제어장치 부속품-제1부 형식 시험 부속품
KS C IEC 60529 외함의 밀폐 보호등급 구분(IP코드)
KS C IEC 60622 알칼리 또는 기타 비산성 전해질을 포함하는 이차 단전지 및 전지 – 각형 밀폐 니켈-카드뮴 충전식단일 단전지
KS C IEC 60623 알칼리 또는 기타 비산성 전해질을 포함하는 2차 단전지 및 전지 – 각형 밀폐 니켈-카드뮴 충전식 단일 단전지
KS C IEC 60664-1 저압기기의 절연협조-제1부 원칙, 요구사항, 시험
KS C IEC 60831 정격전압 1,000 V 이하의 교류시스템용 자기복귀형 분로전력 커패시터
KS C IEC 61000 전기자기적합성(EMC)
KS C IEC 61180 저전압 장비에 대한 고전압 시험방법 – 정의, 시험 및 절차 요건, 시험장비
KS C IEC 62109-1 태양광발전시스템용 전력변환장치의 안전성: 제1부 일반 요구사항
KS C IEC 61427-1 재생에너지 저장용 이차 단전지 및 전지 – 일반 요구사항 및 시험방법 – 제1부 독립형 태양광 설비
KS C IEC 62620 알칼리 또는 기타 비-산성 전해질을 포함하는 리튬 2차 단전지 및 전지 – 산업용으로 사용되는 리튬 2차 단전지 및 전지
KS C 8547 에너지저장장치용 레독스 흐름전지-성능 및 안전성 시험방법
KS C IEC 60664-1 저압기기의 절연협조-제1부 원칙, 요구사항, 시험
KS C IEC 60831 정격전압 1,000 V 이하의 교류시스템용 자기복귀형 분로전력 커패시터
KS C IEC 61000 전기자기적합성(EMC)
KS C IEC 61180-1 저전압 장비에 대한 고전압시험방법
KS C IEC 62109-1 태양광발전시스템용 전력변환장치의 안전성
KS C IEC 62477-1 재생 에너지 저장용 이차 단전지 및 전지 – 일반 요구사항 및 시험방법 – 제1부: 독립형 태양광 설비
KS C IEC 62620 알칼리 또는 기타 비-산성 전해질을 포함하는 리튬 2차 단전지 및 전지-산업용으로 사용되는 리튬 2차 단전지 및 전지
KS C 8547 에너지저장장치용 레독스 흐름전지-성능 및 안전성 시험방법

1.4 용어의 정의

상용전원: 평상시에 사용하는 전원
소방부하: 화재안전기준에서 예비전원 공급을 명시하고 있는 부하
비상부하: 소방부하를 제외하고 관련 법령에서 예비전원 공급을 명시하고 있는 부하
예비전원설비: 상용전원이 정전되었을 때 소방부하, 비상부하, 그리고 정전 시 운전이 필요한 부하에 전기를 공급하는 독립적인 예비 전원 시스템. 자가발전설비, 축전지설비, 무정전전원장치, 전기저장장치 등을 포함한다.
전기저장장치(Electrical Energy Storage System): 전기를 저장하고 공급하는 시스템으로, 전력변환장치(PCS), 전력관리장치(PMS), 배터리관리장치(BMS) 등으로 구성된다.
그 밖의 정전 시 운전이 필요한 부하: 소방부하 및 비상부하를 제외하고 해당 건축물에서 정전 시에도 전기를 공급해야 하는 부하
중요 부하: 소방부하, 비상부하, 그 밖의 정전 시 운전이 필요한 부하를 통칭한다.

1.5 기호의 정의

내용 없음

2. 조사 및 계획

내용 없음

3. 재료

내용 없음

4. 설계

4.1 자가발전설비

자가발전설비용 구동장치는 디젤엔진, 가스엔진, 가스터빈 등 다양한 방식이 존재하며, 부하의 운전 조건, 특성, 현장 상황 등을 종합적으로 고려하여 적합한 방식을 선택해야 한다.
발전장치는 신뢰성, 유지보수성, 경제성 등을 고려하여 선정해야 한다.
발전기에서 부하로 이어지는 전로에는 개폐기, 과전류 차단기, 전압계, 전류계 등을 설치하여 발전기 근처에서 쉽게 개폐 및 점검을 수행할 수 있도록 해야 한다.
발전기의 철대, 금속제 외함, 금속 프레임 등은 전기설비기술기준에 따라 접지해야 한다.
자가발전설비의 보호장치 등은 전기안전관리법 시행규칙 및 전기설비기술기준 등을 준수하여 설치해야 한다.

4.1.1 발전기 용량

발전기 용량 산정 시에는 관계 법령에서 정하고 있는 부하의 용량 및 공급 시간 등을 고려하여 계산해야 한다.
발전기 용량은 스프링클러설비의 화재안전기준(NFSC 103) 제12조에서 정하고 있는 기준을 충족해야 한다.
발전기 용량은 해당 건축물에서 발전기 연결 부하의 특성을 고려하여 조정할 수 있으며, 화재 및 예고 없는 정전 시에도 소방 및 비상부하 가동에 지장이 없도록 해야 한다.

4.1.1.1 발전기 용량 산정

발전기 용량 산정은 다음과 같은 공식을 활용할 수 있으며, 해당 건축물의 소방부하, 비상부하, 그리고 정전 시 운전이 필요한 부하 등의 특성을 고려하여 산정해야 한다.

발전기 용량 (kVA) = (전동기 이외 부하의 입력용량 합계 (kVA)) + (전동기 부하 용량 (kW) * 전동기의 kW당 입력용량 계수 * 전동기의 기동계수 * 발전기 허용전압강하 계수)

전동기 이외 부하의 입력용량 합계는 다음과 같이 계산한다.
- 고조파 발생 부하 제외:
  P = (부하 용량 (kVA) * 1.25) + (축전지 충전 용량 (kVA))
- UPS 포함:
  P = (UPS 입력 용량 (kVA) * THD 가중치) + 축전지 충전 용량 (kVA)
  (※축전지 충전 용량은 UPS 용량의 6~10% 적용)
- UPS 제외:
  P = (부하 용량 (kVA) * THD 가중치)
  (※ THD 가중치는 KS C IEC 61000-3-6의 표 6을 참고. 고조파 저감 장치 설치 시에는 가중치 1.25를 적용할 수 있다.)
전동기 부하 용량은 다음과 같이 계산한다.
- 전동기 부하 용량 합계 (kW)
- 기동 용량이 가장 큰 전동기 부하 용량 (kW) (단, 동시에 기동될 경우에는 합계 용량을 사용한다.)
- 전동기의 kW당 입력용량 계수: 고효율 1.38, 표준형 1.45를 추천하며, 각 전동기별 효율과 역률을 적용하여 입력 용량을 환산할 수 있다.
- 전동기의 기동 계수:
  - 직입 기동: 추천값 6 (범위 5~7)
  - Y-기동: 추천값 2 (범위 2~3)
  - VVVF (인버터) 기동: 추천값 1.5 (범위 1~1.5)
  - 리액터 기동 방식: 탭 (Tap)에 따라 기동 계수를 적용 (50%: 3, 65%: 3.9, 80%: 4.8)
- 발전기 허용전압강하 계수: 표 4.1-1을 참조하며, 명확하지 않은 경우 1.07~1.13으로 할 수 있다.
| 발전기 정수 (%) | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
|—|—|—|—|—|—|—|
| 발전기 허용 전압 강하율 (%) | 15 | 1.13 | 1.19 | 1.25 | 1.30 | 1.36 | 1.42 |
| | 16 | 1.05 | 1.10 | 1.16 | 1.20 | 1.26 | 1.31 |
| | 17 | 0.98 | 1.03 | 1.07 | 1.12 | 1.17 | 1.22 |
| | 18 | 0.91 | 0.96 | 1.00 | 1.05 | 1.09 | 1.14 |
| | 19 | 0.95 | 0.09 | 0.94 | 0.98 | 1.02 | 1.07 |
| | 20 | 0.80 | 0.84 | 0.88 | 0.92 | 0.96 | 1.00 |

4.2 축전지설비

축전지 종류 선정은 축전지의 특성, 유지보수성, 수명, 경제성, 설치 장소 조건 등을 종합적으로 고려하여 결정해야 한다.

4.2.1 용량 산정

축전지 출력 용량 산정 시에는 관계 법령에서 정하고 있는 예비전원 공급 용량 및 공급 시간 등을 고려하여 계산해야 한다.
축전지 출력 용량은 부하 전류와 사용 시간을 반영해야 한다.
축전지 종류별로 보수율, 효율, 방전 종지 전압, 기타 필요한 계수 등을 고려하여 용량을 산정해야 한다.
축전지에서 부하로 이어지는 전로에는 개폐기 및 과전류 차단기를 설치해야 한다.
축전지 설비의 보호 장치 등은 전기설비기술기준 등을 준수하여 설치해야 한다.

4.3 무정전전원장치

무정전전원장치(UPS)는 백업 전원으로 축전지 방식 또는 관성 에너지 저장 장치(엔진 포함) 등을 이용하는 회전형 등을 계획한다.

4.3.1 공급 대상 부하에 대한 고려 사항

전산 장비: 무정전전원장치의 전압 변동은 해당 전산 장비의 전압 변동 허용 범위 이내로 유지해야 한다.
통신 장비: 각 통신 장비에서 개별적으로 요구하는 사항을 고려해야 한다.
계측 장비: P&ID (pipe & instrumentation diagram) 등을 검토하여 각 단말 장치 및 제어 장치에서 요구하는 허용 전압 강하, 주파수, 순시 전압 강하 등을 만족해야 한다.

4.3.2 수량의 선정

부하 용량이 작은 경우: 무정전전원장치 1대를 설치하여 운전할 수 있다.
부하 용량이 큰 경우: 전원의 신뢰성 확보를 위해 2대 이상을 설치하여 운전할 수 있다. 설치 수량은 신뢰성, 경제성, 유지보수성, 설치 면적, 시스템 확장성 등을 종합적으로 검토하여 결정해야 한다.

4.3.3 운전 방식

무정전전원장치 운전 방식에는 개별 또는 병렬 운전 방식 등이 있으며, 설계자가 부하의 요구 조건에 적합하게 채택한다.
병렬 운전 방식을 적용할 경우, 예비 장치를 1대 또는 2대를 설치하는 방법, 예비 장치와 바이패스 회로로 구성하는 방법 등을 고려할 수 있다. 대용량 무정전전원장치를 설치하는 경우에는 무정전전원장치 군을 구성하고 이를 이중화 시스템으로 구성하여 상호 간을 백업하도록 할 수 있다.
무정전전원장치는 고효율에너지기자재 보급촉진에 관한 규정 제3조에 따라 설계한다.
무정전전원장치의 보호 장치, 배관, 배선 등은 전기설비기술기준 등을 준수하여 설치해야 한다.

4.4 전기저장장치

전기저장장치는 고효율에너지기자재 보급촉진에 관한 규정 제3조에 따라 설계한다.
전기저장장치의 시설 요건 (일반 요건, 제어 및 보호 장치, 계측 장치, 특정 기술을 이용한 설치 요건 등)은 전기설비기술기준 등을 준수하여야 한다.

4.4.1 용량 산정

전력변환장치: 전력변환장치의 용량은 용도 (수요 관리 등 포함)에 따라 관계 법령에서 요구하는 예비전원설비의 운전에 지장이 없도록 산정해야 한다.
배터리: 배터리 용량 산정 시에는 배터리 연간 열화율, 충전 및 방전에 의한 에너지 변환 손실, 관련 법령에서 정하고 있는 부하기기에 공급할 수 있는 용량 확보 등의 사항을 고려해야 한다.

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