KDS 설계기준 47 30 20 전철전원 설비

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철도 전철전원 설비 기술 기준

1. 일반사항

1.1 목적

• 본 기준은 철도 전철전원 설비에 대한 조사, 계획, 설계, 시공, 유지관리에 필요한 기술적 사항을 제시한다.

1.2 적용범위

• 전기사업자로부터 전기를 공급받는 수전선로와 전기철도 차량에 적합한 전원을 공급하기 위한 변전설비 설계에 적용한다.

1.6 시설물의 구성

1.6.1 전철전원설비의 구성

1.6.1.1 수전선로

• 가공수전선로와 지중수전선로로 구성된다.

1.6.1.2 변전설비

• 철구형, GIS형, 혼합형 변전소로 분류된다.
• 전철변전소, 급전구분소, 보조급전구분소, 병렬급전소, 단말보조급전구분소로 구성된다.

1.7 해석과 설계원칙

1.7.1 설계 단계별 업무

1.7.1.1 기본설계

• 주요 설계수행지침, 예비설계, 개략적인 공사비 등을 포함한 기본적인 설계를 말한다.
• 수전선로 구성방안 및 경과지 검토, 수전선로 건설방식 검토, 전철급전계통 구성방안 검토, 변전설비 위치 검토 선정, 변전설비 형식 및 건설방식 선정, 급전방식 선정 및 급전시뮬레이션 시행, 접지계통 검토, 변전설비 단선결선도 구성, 전철전원설비 시공계획 및 개략 건설비 산출 등을 포함한다.

1.7.1.2 실시설계

• 기본설계 및 설계지침의 검토, 설계보고서, 계산서, 설계도면, 설계설명서, 설계내역서, 수량산출서, 단가산출서, 공사시방서, 측량성과품, 지장물 도면 및 조서, 철도용품표준규격 등 시공 목적의 설계를 말한다.
• 전철전원설비 기본조사 및 측량, 수전선로 계통도, 경과지도 검토 작성, 수전선로 지지물 및 기초, 가공전선 이도, 지중관로 검토, 수전선로 임피던스, 고장전류, 철탑구조, 철탑기초 계산, 고조파 및 전자파 대책, 변전설비 결선도 및 계통도 검토 작성, 기기배치도 및 배선 설계, 구조물 설계(옥외철구형 변전설비의 경우), 전기기기 각종 계산 및 계통해석, 공사비 예산서 및 공정표, 공사시방서 등 시공에 필요한 성과물 작성, 인허가서류 작성, 수전선로 및 변전설비의 대지고유저항 측정, 수전선로 및 변전설비의 지질조사 및 탐사 등을 포함한다.

1.7.2 설계조사

1.7.2.1 자료조사

• 상위 계획 및 관련계획, 전기사업자 전력공급계통, 법규, 인접지역의 규제사항, 설계대상지역의 지진발생 현황, 기온, 풍속, 적설량 등 기후조건, 토목, 궤도, 전차선, 신호, 정보통신 등 기타 시설의 계획, 환경영향 평가자료, 문화재 지표조사 자료, 열차운영계획 자료 등을 조사 분석한다.

1.7.2.2 현장조사

• 전철전원설비 건설 예정지역의 지장물 보상, 민원 및 용지 등의 실태, 해당지역의 자연환경, 사업주변 한전 등의 변전소 및 전철변전소 예상 위치, 변전설비의 입지, 공사용 자재 및 변전기기 운반 관련 사항, 타 시설물(도로, 한전선로 등) 횡단 현황, 터널, 교량, 과선교, 곡선반경, 구배현황, 방음벽 등 선로현황, 대관, 대민 협의사항 등을 조사한다.

2. 조사 및 계획

2.1 계획

2.1.1 전철전원설비의 계획

2.1.1.1 수전선로

• 초기투자비 보다 국토이용의 극대화와 설비의 기능성, 유지보수성, 보안성, 설비의 내구성, 민원해소를 감안하여 가장 유리한 건설방식을 조사· 검토하여 선정한다.
• 수전계통의 구성에는 3상 단락전류, 3상 단락용량, 전압강하, 전압불평형률 및 전압왜형률을 고려하여야 하며, 보호계전기는 전력공급자와 협의하여 적절한 값으로 하여야 한다.
• 전철변전소 수전점에서 수전계통의 고조파 등에 대한 허용기준은 전기사업자의 공급약관을 준용한다.
• 수전선로의 전압은 수전용량, 수전거리 및 이와 연계된 전력계통을 고려하여야 하며, 전력공급자와 협의하여 적용한다.
• 수전선로에는 계통에서 발생하는 지락 및 단락사고를 확실히 검출하는 장치를 설치하도록 한다.
• 수전선로는 안정적인 전철전원급전을 위하여 예비선로를 구성하여야 한다.
• 수전선로 방식은 지형적 여건 등 시설 조건과 지역적 특성(도심, 전원, 산간 등) 및 민원발생 요인 등을 감안하여 가공 또는 지중으로 시설한다.
• 가공수전선로는 경제적이고 환경보존을 위하여 수전선로 경과지의 주위환경 및 조건, 개발전망, 국토이용계획 등을 감안한다.
• 가공수전선로는 수전선로의 사용기간 중 지상고 부족으로 인하여 이설 또는 설비의 변경 등이 발생하지 않도록 적정한 지상고가 유지될 수 있도록 한다.
• 지중수전선로는 도시계획 협의가 곤란하고 주택가 등으로 민원발생 요소가 많은 개소, 전기사업자 인출설비에서 지중수전선로가 건설이 유리할 경우 적용한다.
• 기타 설계기준은 전기설비기술기준과 한국전력공사 송전선로 설계기준을 적용한다.

2.1.1.2 급전계통의 구성

• 급전방식은 교류 단상 25 kV 단권변압기 비절연보호방식을 표준으로 한다.
• 수전측의 상불평형을 최소화하기 위하여 급전용변압기는 스코트 결선을 사용하며, 급전용변압기 2차측의 M, T상은 단권변압기를 통하여 변전소에서 선로를 향할 때 좌 또는 우방향으로 급전구분소까지 공급한다.
• 변전소에서 전기차량까지 구성되는 회로의 전압보상을 위하여 단권변압기를 적절하게 분산배치하며, 단권변압기의 중성점과 매설접지선, 보호선, 궤도를 연결하여 전류를 변전소까지 귀환시켜 통신 유도장해와 사고파급을 최소화 되도록 설계한다.
• 각종 사고 또는 고장 시 파급 등을 방지하기 위한 적절한 보호방식을 제시하여야 한다.
• 전차선로의 상하선 구분 없이 방면별 급전되도록 회로를 구성한다.
• 3개 이상의 선로에 급전하는 경우 적정하게 부하가 분담되도록 회로를 구성한다.
• 부하측에서 발생되는 고조파의 크기를 검토하여 필요시 저감방안을 제시하여야 한다.

2.1.1.3 변전소 등의 계획

• 철도노선, 전기차량의 특성, 열차운행계획, 장래철도망건설계획 등 부하특성과 연장급전 등을 고려하여 변전소등의 용량을 결정하고, 용량에 따라 급전계통을 구성한다.
• 변전소의 위치는 가급적 수전선로의 길이가 최소화 되도록 한전 등의 변전소에서 가장 가까운 곳 및 경제성을 고려하여 선정하여야 한다. (단, 여러 개의 철도노선이 합쳐지는 곳의 전력계획은 주변 변전소 이용을 우선적으로 검토하여야 한다.)
• 변전소와 변전소 사이에는 전기적으로 구분해 주는 급전구분소를 설치하되, 급전구분소의 절연구분장치 양단은 동상이 되도록 설계한다. 단, 부득이한 경우에는 이상으로 할 수 있다. 또한, 급전구분소는 한 변전소 구간에서 다른 변전소 구간으로 연장 급전이 가능하도록 설계한다.
• 변전소와 급전구분소 사이에 전압보상 및 사고시의 고장 구분 등을 위하여 보조급전구분소 또는 병렬급전소를 두어야 한다. 전차선로의 상하선 전압차 최소화 및 전압보상을 위하여 선로 말단에는 필요시 단말보조급전구분소를 구성한다.
• 변전설비는 무인 운용을 원칙으로 하며, 설비운용과 안전성 확보를 위하여 원격감시 및 제어방법과 유지보수 등을 고려하여 설계한다.
• 변전기기 및 자재들은 내구성과 안전성, 운용성, 시공성 및 경제성 등을 고려하여 선정하되 친환경제품을 우선적으로 적용한다.

2.1.1.4 변전소 등의 위치

• 변전소의 간격은 전차선전압의 최저한도를 유지할 수 있고 급전계통에서 발생하는 사고전류를 확실하게 검출할 수 있는 간격으로, 열차운전의 실적 및 계산에 의하여 정하되, 열차운전계획·선구의 중요도 및 장래의 수송수요를 고려한다.
• 변전소나 급전구분소 등의 위치는 다음 각 호의 사항을 고려하여 결정하여야 한다.
  • 전원에 가까운 곳(변전소에만 해당)
  • 변압기 등 변전기기와 시설자재의 운반이 편리한 곳
  • 공해, 염해 등 각종 재해의 영향이 최소화 되는 곳
  • 보호지구(개발제한지구, 문화재보호지구, 군사시설보호지구 등) 또는 보호시설물에 가급적 지장을 주지 아니하는 곳
  • 변전소나 구분소 앞 절연구간에서 열차의 타행운전(동력을 주지 아니하고 관성으로 운전하는 것을 말한다)이 가능한 곳
  • 민원발생 요인이 적은 곳

4. 설계

4.1 변전소 등의 설비

4.1.1 변전소의 용량

• 급전구간별 정상적인 열차부하 조건에서 1시간 최대출력 또는 순간 최대출력을 기준으로 용량을 산정한다.
• 연장급전에 의한 부하의 증가에 대처할 수 있도록 변전소 용량을 결정한다.
• 변전소의 부하는 전철시뮬레이션 프로그램으로 시뮬레이션을 수행한 결과치를 적용하며, 부득이한 경우에 한하여 유사구간의 실측결과로 산정한다.
• 용량 산정 시 현재의 부하와 동시에 장래의 수송수요를 감안하여 뱅크를 구성하고 예비용 변압기를 두어야 한다.

4.1.2 변전소 등의 형식

• 변전소등은 옥내형으로 하는 것을 원칙으로 하되, 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는 경우에는 옥외형으로 할 수 있다.
  • 주택 등과 멀리 떨어져 민원발생 등의 우려가 적은 지역의 경우
  • 공해·염해 등의 우려가 적은 지역의 경우
  • 인구밀집지역이 아닌 지역의 경우
  • 그 밖에 옥내형으로 건설이 곤란한 경우
• 변전기기는 수전측에서 부터 급전측까지 일관되고 합리적으로 배치하고, 급전측이 선로방향이 되도록 한다.
• 변전소등의 건물설계를 위하여 GIS 등 기기들의 하중과 시공 시 필요 공간, 소음 및 진동기준 등 인터페이스조건을 제시하여야 한다.
• 변전설비의 시공 및 유지보수를 위해 필요한 변전소등의 진입로와 여유 부지를 확보하도록 설계한다.
• 변전소등에 일반 사람이 출입하지 못하도록 보호용 울타리를 설치하고 출입구에는 출입금지표지를 붙인다.
• 변전소의 용량증설 및 노후 등으로 설비개량이 필요할 경우 1뱅크를 시설 할 수 있는 여유 공간의 확보를 고려한다.

4.1.3 변전설비

• 변전소 등의 계통을 구성하는 각종 기기는 운용 및 유지보수성, 시공성, 내구성, 효율, 친환경성, 안정성 및 경제성 등을 종합적으로 고려하여 다음 각 호와 같이 합리적으로 선정한다.
  • 급전용변압기는 3상 스코트결선을 적용함을 원칙으로 하되, 예비용 변압기를 확보한다. 단, 부득이한 경우 다른 방식도 적용할 수 있다.
  • 단권변압기의 용량은 순시 최대전력 및 단락강도 등을 고려하여 변전소 및 보조구분소 등으로 구분하여 설계한다.
  • 차단기는 계통의 장래계획을 감안하여 용량을 결정하고, 회로의 특성에 따라 기종과 동작책무 및 차단시간을 선정한다.
  • 단로기는 설치장소에 적합한 기종을 선정하고, 필요에 따라 변압기의 여자전류를 개폐할 수 있는 것으로 한다.
  • 평균 부하역률은 90% 이상으로 유지함을 기준으로 하고, 필요시 역률보상설비를 설치한다.
  • 가스절연개폐장치(GIS)의 구조는 전기적, 기계적으로 충분한 내구성을 가지고 조작이 원활하며 계통에 맞게 적정한 전압계급을 적용하여 설계한다.
  • 제어반의 경우 디지털계전기방식을 적용한다.
  • 원격감시제어기능을 갖출 수 있도록 설계한다.
  • 제어용 교류전원은 상용과 예비의 2계통으로 구성한다.
• 주변지역의 민원을 예방하기 위하여 필요한 각 변전기기의 소음기준 및 저감대책을 검토하여 제시한다.
• 전력품질 향상을 위하여 필요시 변전소 전력품질 예측시뮬레이션에 의거한 전력품질 보상대책으로 각종 보상장치를 적용한다.
• 체계적인 유지보수를 위하여 예방진단설비 등을 따로 정하여 설계에 반영한다.
• 시설물의 입지조건·중요성·경제성 등을 감안하여 필요시 기기에 미치는 염해· 공해·분진 등에 대한 오손대책을 제시한다.

4.1.4 배선

• 주회로 배선은 기기 상호간을 직접 연결하는 것을 원칙으로 한다.
• 제어용케이블은 난연성 정전차폐부의 성능을 갖추어야 한다.
• 제어회로에 사용하는 전선의 접속은 단자를 사용한다.
• 케이블 도체 굵기는 기기 용도에 맞게 규격을 검토하여 선정한다.

4.1.5 옥외변전설비 구조물

• 철구와 기기가대 등은 지반 및 지형, 인출, 인입, 회선수 증가, 기기증설 등을 고려하여 설계한다.
• 철구와 기기가대의 안전성 검증을 위하여 빔의 하중, POST의 하중, 기기 및 지지가대의 하중, 풍압하중 등을 고려하여 시행한 구조계산결과를 제시하여야 한다.
• 기기 또는 전선로의 배치 시 적절한 간격을 유지한다.

4.2 보호 및 절연협조

4.2.1 보호협조

• 사고 또는 고장의 파급을 방지를 위하여 계통 내에서 발생한 사고전류를 확실히 검출하고 차단장치에 의해서 안전 신속하게 순차적으로 차단할 수 있는 보호시스템을 검토하고 설비전반의 보호협조를 도모한다.
• 보호계전방식은 신뢰성, 선택성, 협조성, 적절한 동작, 양호한 감도, 취급 및 보수점검이 용이토록 구성한다.
• 급전선로는 안정도 향상, 자동복구, 정전시간 감소를 위하여 보호계전방식에 자동재폐로 기능을 구비한다.
• 가공선로측에서 발생한 지락 및 사고전류의 파급을 방지하기 위하여 인입, 인출단에 피뢰기를 설치한다.
• 전차선로의 지락 또는 선간단락사고 위치를 검출하기 위하여 고장점표정장치 등을 시설할 수 있다.

4.2.2 절연협조

• 변전소등의 입·출력 측에서 유입되는 뇌해, 이상전압, 변전소등의 계통 내에서 발생하는 개폐서어지의 크기 및 지속성, 이상전압 등을 고려하여 각각의 변전설비들에 대한 절연협조를 검토한 후 설계한다.

4.2.3 절연이격

| 공칭전압 (kV) | 옥외 (mm) | 옥내 (mm) |
|—|—|—|
| 154 | 3,000 | 1,900 |
| 66 | 1,700 | 1,100 |
| 50 | 1,000 | 800 |
| 25 | 700 | 500 |

4.3 접지

• 접지장치는 지락사고와 역섬락으로 사람이나 기기에 위험을 주지 않도록 설계한다.
• 변전소등의 접지는 망상접지로 설계하되, 선로측의 매설접지선과 연결하여 전기설비를 등전위 접지망으로 구성하는 공용접지방식으로 구성한다.

4.4 기타 설비

• 관제센터 및 변전소등에는 기기를 운전조작하기 위한 이중화 소내전원설비를 시설한다.
• 관제센터 및 변전소등에는 기기 동작의 신뢰, 보호 등을 위한 냉난방과 환기장치 등을 시설한다.
• 화재의 초기 진화 또는 국한을 위하여 소방화설비를 관련법령에 따라 설계한다.
• 무인으로 운용하는 변전소 등에는 외부 침입을 감시할 수 있는 보안설비 시스템을 구축하여야 한다.
• 변전소 등의 소음이 관련법령의 규제치 이하로 되도록 종합적으로 검토 하여야 하며, 부득이한 경우, 흡음판 등의 소음저감시설을 한다.

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