백창용
(Chang-Yong Baek)
1iD
이동명
(Dong-Myung Lee)
1iD
강태은
(Tae-Eun Kang)
†iD
-
(School of Electronic and Electrical Engineering, Hongik University, Korea.)
Copyright © The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection
Key words
Electricity per household in apartment complex, Electrification, KEC, Electric design capacity
1. 서 론
1984년 주택난 해소와 주택 가격 안정을 위해 정부에서 1기 신도시인 평촌, 일산 등에 200만 호가 건설되었다. 1기 신도시와 입주 후 30년이
경과한 현재 공동주택의 단위세대당 평균 설계 전력량이 약 1.2~1.6[kW]로 설계되어 있다. 현재 대한민국은 GDP 기준 세계 12위의 선진국으로
자리매김하고 있다. 한국은 과거 후진국, 중진국, 개발도상국에서 선진국으로 진입한 상태이며, 경제발전의 속도와 함께하여 가전제품의 전기 사용량도 급증하였으며,
가전제품의 종류도 다양화되고 있다. 과거 내선 규정에 의한 설계용량으로 현재의 가전제품을 사용하게 되면 공동주택 수변전실의 화재 등의 사고는 급격히
증가할 것이다. 따라서, 증가 추세의 전력 수요에 대응하기 위하여 공동주택의 전력 설계 용량을 현실화할 필요성이 있으며, 수반하여 세대내 전기적 차단설비도
개선이 필요하다.
가스레인지는 인덕션 조리기로 대체되고 단독형 에어컨에서 시스템 에어컨이 설치됨에 따라 공동주택 단위세대의 소비전력량이 크게 증가하고 있다. 다양한
고성능의 가전제품 구매사용에 따른 전력수요 수반되는 대기전력 증가 등 공동주택의 전력 사용량이 더욱 증가하고 있는 것이 현실이다[1]. 따라서, 공동주택의 단위세대에 필요한 우리나라 실정에 맞는 전력량 계산의 표준화가 요구된다. 본 연구에서는 경기도 주요 도시에서의 설계 사례를
통해 현재 국내 공동주택 전기용량 계산 시 문제점을 언급하고자 한다. 또한, 우리나라의 공동주택에서 단위세대 전력량 계산과정에서 발생한 주요 문제점들을
다루고자 한다. 공동주택에 대한 전력 공급은 안전한 사용을 위한 보장적 용량 선정이 이루어져야 하는 것은 자명한 사실이다. 공동주택의 전력량 계산은
건물 운영 및 주민의 생활에 영향을 미치는 중요한 요소이며, 적절한 사용 전력을 충족시키기 위해서는 공동주택의 세대 전기용량 설계 시 수용률 적용
유무가 검토되어야 한다[2].
본 논문에서는 경기도 주요 도시에서의 설계 사례를 통해 현재 국내 공동주택 전기용량 계산 시의 문제점을 품질 검수를 통하여 제안한다. 우리나라의 공동주택
세대당 전력량 계산과 관련된 주요 문제점을 다루고, 해외 국가의 전기용량 산정 기준을 보인다. 또한, 공동주택의 전력량 계산에 대한 현재의 접근 방식과
이에 따라 발생하는 문제점을 기술한다. 현재의 전력량 사용 현황과 미래의 전력량 증대를 고려하며, 공동주택 설계 시 단위세대 전기용량을 현실화하여
안정적인 전기용량을 가질 수 있도록 현재 국내 아파트 단위세대에 적용되는 전력량의 설계 기준을 제안하고자 한다.
2. 공동주택 세대별 전기용량 계산법
해외 사례로 ESFI(Electrical Safety Foundation International)에 따르면 매년 평균 51,000건의 전기 주택
구조 화재가 발생하여 거의 500명의 생명을 앗아가고 1,400명 이상이 피해를 입었다. 재산 피해는 13억 달러 이상이라고 한다. 미국 소비자 제품
안전위원회에서는 매년 미국에서 약 400명이 감전사를 당한다고 보고하고 있다. 우리나라의 경우 국민의 주거 형태는 78[%] 이상이 아파트· 연립·
다세대주택처럼 여러 세대가 모여 사는 공동주택이다. 산업통상자원부의 자료에 따르면, 2018년부터 2022년까지 5년간 주거시설 전기 화재는 전체의
33.6[%], 전기설비는 11.9[%], 배선 관련 22.6[%]를 차지하고 있다[3]. 2022년 발화 형태별 전기화재 통계자료에 의하면 과부하 및 누전지락 사고는 일괄하여 약 10[%], 주택내 생활, 주방 및 조명기기의 발화의
경우도 13.5[%]나 차지하였다. 표 1은 현재 사고통계자료에 비추어 무시할 수 없는 주택 내에서 사용되고 있는 전기제품에 대한 통상의 종류와 용량을 보인다. 공동주택 내 삶의 질 향상과
함께 다양한 가전제품이 사용되고 있음을 볼 수 있다.
표 1 생활가전제품의 종류 및 소비전력
Table 1 Types of home appliances and their power consumption
|
번호
|
종류
|
소비전력
[kW]
|
번호
|
종류
|
소비전력
[kW]
|
|
1
|
양 문 형
냉 장 고
|
0.3~0.7
|
25
|
에어컨
13~16평
|
3.2
|
|
2
|
일 반 형
냉 장 고
|
0.1~0.4
|
26
|
VTR
|
0.02~0.03
|
|
3
|
김 치
냉 장 고
|
0.25
|
27
|
오디오
|
0.04~0.05
|
|
4
|
전 자
레 인 지
|
1.25~1.4
|
28
|
다리미
|
0.6~1.65
|
|
5
|
전 기
밥 솥
|
1~1.2
|
29
|
청소기
|
0.6
|
|
6
|
식 기
세 척 기
|
2~2.5
|
30
|
선풍기
|
0.055~0.08
|
|
7
|
식 기
건 조 기
|
0.25
|
31
|
L C D
T V
|
0.08~0.16
|
|
8
|
드 럼
세 탁 기
냉수세탁
|
0.17~0.2
|
32
|
P D P
T V
|
0.25~0.35
|
|
9
|
드 럼
세 탁 기
삶는세탁
|
0.2~0.25
|
33
|
DVD
|
0.03
|
|
10
|
드 럼
세 탁 기
건조가능
|
2~2.5
|
34
|
전기난로
|
0.85~0.95
|
|
11
|
일 반 형
세 탁 기
|
0.12~0.55
|
35
|
정수기
(온수)
|
0.15~0.7
|
|
12
|
스타일러
|
1.5
|
36
|
정수기
(냉수)
|
0.1~0.15
|
|
13
|
슈드레서
신발관리
|
0.4
|
37
|
헤 어
드라이어
|
1.2~1.5
|
|
14
|
프 린 터
|
0.4~0.5
|
38
|
휴 대 폰
충 전 기
|
0.006
|
|
15
|
형광램프
|
0.024~0.04
|
39
|
헤 어
스타일러
|
1.2
|
|
16
|
L E D
방 등
|
0.05~0.06
|
40
|
식 품
건 조 기
|
0.55
|
|
17
|
L E D
거 실 등
|
0.12~0.18
|
41
|
에스프레소
머신
|
1.35
|
|
18
|
L E D
매 입 등
|
0.01~0.03
|
42
|
전기오븐
|
2.2~3.3
|
|
19
|
L E D
센 서 등
|
0.015
|
43
|
전기믹서
|
0.2~0.32
|
|
20
|
백열전구
|
0.03~0.1
|
44
|
옥장판 및
돌침대
|
0.9
|
|
21
|
할 로 겐
전 구
|
0.05~0.1
|
45
|
음 식 물
건 조 기
|
0.02~0.7
|
|
22
|
인 덕 션
가정용
|
1.8~9.9
|
46
|
음 식 물
탈 수 기
|
0.045~0.17
|
|
23
|
에 어
프라이어
|
1.8
|
47
|
가 열 식
가 습 기
|
0.02~0.05
|
|
24
|
벽 걸 이
에 어 컨
|
0.8
|
48
|
일 반
전기장판
|
0.15~0.2
|
전기 설계용량 증가는 한전에서 공급하는 계약전력 증대만을 의미하는 것이 아니며 그 증가한 전기용량을 소화함에 필요한 전선, 차단시설 등도 함께 고려하여야
한다. 오래전에 설계된 전기 수용 시설에 많은 부하 사용 시 과부하 등이 문제가 되며, 과부하는 전기화재로 이어지는 원인 중 하나이다. 공동주택의
경우 입주가 되면 재건축까지 최소 30~40년 이상을 거주할 것이다. 한편, 우리가 사용하는 가전제품은 이미 선진국 수준의 다양화와 대형화되고 있으며,
인덕션 조리기, 시스템 에어콘, 스타일러 등 새로운 기기 사용의 증가와 전열부하의 급증으로, 이미 아파트 세대는 전전화(全電化) 단계로 진입하고 있다.
많은 가전제품의 스위칭 전원회로에서 고조파가 발생되고 일부는 전원 측에 좋지 않은 영향을 초래하여 최근 한국전력공사에서도 이에 대한 대책들을 내놓고
있다. 그러나, 고조파왜율을 규정으로 하고는 있어도 고조파를 측정하는 장비는 보편화되어 있지 않으며, 각 세대에서 사용하는 가전제품은 역률의 문제도
있다[4]. 위에서 기술했지만 전기적 강도가 우수하고 기계적강도가 우수한 것을 택한다는 것은 공동주택의 수용률을 높여 공용 변압기용량이 커지게되어 고조파에
견딜 수 있는 내량도 그만큼 커진다는 의미이다[5,6].
2.1 현재 적용 중인 단위세대 부하 용량 산정 방법
현재 적용 중인 대표적인 3가지 공동주택의 단위세대당 부하 용량 산정 방법은 다음과 같다.
☐ 한국전기설비 규정(KEC) :
여기서, 계산값이 3[kVA] 이하인 경우는 3[kVA]로 하며, 괄호 안의 가산부하는 1,000[VA]를 택함.
☐ 주택건설기준규정 :
전용면적 60[㎡] 이하는 3,000[W],
전용면적 60[㎡] 초과시
여기서, 전용면적-60㎡/10는 소수점 첫째 자리에서 올림하며, 공용부하의 부하 산정은 별도로 함.
☐ LH(한국토지주택공사) :
여기서, A는 단위세대 전용면적[㎡], 대용량기기 부하는 전용면적 60[㎡] 이하는 3,000[VA], 60[㎡]초과시 4,000[VA]임.
2.2 전기용량 적용의 문제점
앞서 다양한 방식의 단위세대 부하 용량 산정법을 보였다. 공동주택에 적용하는 세대당 전기 설비용량 계산방법으로는 2022년도 기준으로 그 이전에는
내선규정을 그 이후에는 한국 전기설비 규정(KEC)과 주택건설 기준을 따르고 있다. 현재는 거의 모두 KEC 규정을 적용하고 있다. 극히 일부의 지방자치단체에서만
주택건설기술규정을 사용하고 있다. KEC 규정이 적용되는 곳 다른 여러 종류의 규정이 적용되는 곳들이 존재한다면 전기용량 설계 계산 시 수많은 차가
발생하고 같은 규정을 적용하여 엔지니어들에게 일괄 설계를 해도 다른 값들이 나온다. 아직도 KEC 규정 외에 다른 규정들을 적용하는 곳이 분명 존재하기에
이를 몇 가지 다른 규정을 적용한 예를 살펴본다.
과거 내선 규정에 의한 수요 상정에 있어서 주택 면적이 작은 경우 또는 사용되는 기기의 용량 합계가 적은 경우로 상정한 사용 전력량이 3[kVA]
이하로 되는 경우 “원칙적으로 3[kVA]로 한다.”로 되어있다. 여기에 수용률(100세대 간선의 수용률 45[%], 400세대 간선의 수용률 42[%],
850세대 간선의 수용률 40[%])을 적용하고 있다. 간선의 수용률을 공동주택의 세대별 전기용량 산정에 적용함으로 인해 설계용량이 감소함을 알 수
있으며, 수용률 적용해야 하는지에 대해 검토가 필요하다. 한편, 공동주택 세대당 면적이 84[㎡], 1,000세대의 경우 설계용량의 예를 들면 식
(4)와 같다.
식 (4)에 의해 변압기 용량이 1,500[kVA]가 되더라도 호당 분배 가능한 전기 사용량은 1.5[kVA]이고 역률을 적용하면 1.275[kW]가 된다.
단, 공용부하는 별도로 산정한다. 여기서, 공용부하는 복도, 계단 등에 설치된 공용전등, 비상용콘센트, 급·배수펌프, 소화전 펌프, 승강기, 환기용
팬, 전기차 충전설비 등을 이야기한다. KEC 규정에 의해 표준부하의 용량은 표 2와 같다. 변압기 용량 산정시 영향을 주는 요소로는 수용률(Demand factor), 부등률(Diversity factor)이 있다. 수용률은 전원공급의
안정성, 장래의 부하 증가, 경제성 등을 고려하여 적용하며 부하 설비용량에 1 이하의 값인 수용률을 적용하고 있다.
표 2 KEC에 의한 표준부하
Table 2 Standard load and its load capacity in KEC
|
건축물의 종류
|
표준부하[VA/㎡]
|
|
공장, 공회당, 사원, 교회,
극장, 영화관, 연회장 등
|
10
|
|
기숙사, 여관, 호텔, 병원 학교,
음식점 다방, 대중목욕탕
|
20
|
|
사무실, 은행, 상점, 이발소, 미용원
|
30
|
|
주택, 아파트
|
40
|
역률이 좋은 제품을 사용하여 변압기 용량의 여유도를 향상할 필요가 있다. 무효전력이 커지면 피상전력도 커지고 한전은 더 많은 전력을 생산해야 하기에
전기공급약관 41조에서 역률에 대한 하한치를 제한하고 있다. 2022년부터 시행된 KEC에 의하면 아파트 표준 부하를 30[VA/㎡]에서 40[VA/㎡]로
상향하였으나 수용률은 과거 방식 그대로 적용하고 있으며 설계사무소에서는 이를 근거로 설계하고 있다. 고층 공동주택의 세대당 가용 가능한 전력이 1.65∼2.7[kVA]대로
거의 3[kVA]가 넘지 않는 후진국 수준으로 세대당 사용 전력이 매우 낮은 문제점이 있다. 주택건설 기준은 단위가 Watt로 사용되며 수용률을 적용하지
않아 세대당 사용 전력이 KEC 규정보다 크다는 것을 알 수 있다. 표 3은 현재 규정별 공동주택의 부하 상정을 정리한 것이다. 평균 부하 밀도는 내선규정 37.24[VA/㎡], KEC 규정 47.24[VA/㎡], 주택법
51.3[W/㎡], 일본 고층 공동주택의 경우 47.24~59[VA/㎡]이다. KEC 규정상 부하 밀도의 적용은 주택법 및 일본의 공동주택 규정에
비해 낮음을 알 수 있다. 표 4는 2013년 내선 규정에서의 건축물 용도별 전력부하 밀도이다. 표 4에서 주택의 전등, 일반동력, 냉방동력의 합은 70[VA/㎡]임을 볼 수 있다. 현재의 KEC 규정을 보인 표 3에서 부하 밀도는 평균 47.24[VA/㎡]이고, 식 (1)의 KEC 규정 산정에서도 이와 유사한 값임을 볼 수 있다. 따라서, 현재의 부하 밀도가 2013년 내선 규정에서의 부하 밀도보다 값이 작음을 볼
수 있다.
표 3 규정별 공동주택의 부하 상정
Table 3 Load magnitude for various size of housing
|
전용
면적
[㎡]
|
내선
규정
[VA]
|
KEC
규정
[VA]
|
주택건설
기준규정 [W]
|
고층공동
(일본)
[VA]
|
|
60
|
3,000
|
3,400
|
3,000
|
3,400∼4,900
|
|
84
|
3,520
|
4,360
|
4,500
|
4,360∼6,460
|
|
124
|
4,720
|
5,960
|
6,500
|
5,960∼7,460
|
|
158
|
5,740
|
7,320
|
8,000
|
7,320∼8,820
|
|
265
|
8,950
|
11,600
|
13,500
|
11,600∼13,100
|
|
평균
|
37.24
[VA/㎡]
|
47.24
[VA/㎡]
|
51.3
[W/㎡]
|
47.24∼59
[VA/㎡]
|
표 4 건축물 용도별 전력부하밀도[VA/㎡] 내선규정(2013년)
Table 4 Load density according to building use[VA/㎡]
|
용 도
|
전 등
|
일반동력
|
냉방동력
|
합계
|
|
대형사무실
|
37
|
59
|
37
|
133
|
|
점 포
|
62
|
72
|
43
|
177
|
|
호 텔
|
38
|
53
|
27
|
118
|
|
주 택
|
28
|
14
|
28
|
70
|
|
학 교
|
27
|
15
|
18
|
60
|
|
종합병원
|
47
|
64
|
48
|
159
|
|
체 육 관
|
32
|
34
|
23
|
89
|
|
연 구 소
|
60
|
108
|
53
|
221
|
|
대형창고
|
18
|
45
|
33
|
96
|
|
전산센터
|
33
|
92
|
60
|
185
|
|
공공건물
|
32
|
41
|
31
|
104
|
2.3 전기용량 적용의 예(경기도 사례를 중심으로)
표 5는 2022년 현재 시공 중인 경기도내 공동주택 세대당 설계 전력량이다. 공용부하 용량은 포함되지도 않은 수치이지만, 대부분의 값이 3[kVA]이하
임을 볼 수 있다.
표 5 경기도 공동주택 세대당 설계 전력(2022년 현재)
Table 5 Electrical power of per unit in apartment houses in Gyeonggi province(as of
2022)
|
번호
|
지역
(시)
|
세대수
|
변압기용량
[ kVA ]
|
세대당
피상전력 [kVA]
|
세대당
유효전력
[kW]
|
|
1
|
의정부
|
926
|
750×2=1,500
|
1.65
|
1.4
|
|
2
|
포천
|
579
|
750×2=1,500
|
2.59
|
2.2
|
|
3
|
양주
|
935
|
1,000×2=2,000
|
2.14
|
1.82
|
|
4
|
양주
|
629
|
600×2=1,200
|
1.90
|
1.62
|
|
5
|
고양
|
622
|
1,250×2=2,500
|
4.02
|
3.42
|
|
6
|
남양주
|
1,067
|
1,000×2=2,000
|
1.88
|
1.6
|
|
7
|
안산
|
1,021
|
1,250+1,500=2,750
|
2.70
|
2.3
|
|
8
|
양평
|
453
|
600×2=1,200
|
2.65
|
2.25
|
|
9
|
남양주
|
295
|
750
|
2.54
|
2.16
|
|
10
|
하남
|
980
|
750+1,000=1,750
|
1.79
|
1.52
|
|
11
|
파주
|
450
|
1,300
|
2.89
|
2.46
|
|
12
|
양주
|
946
|
1,000×3=3,000
|
3.18
|
2.7
|
|
13
|
김포
|
399
|
1,250
|
3.14
|
2.67
|
|
14
|
동두천
|
314
|
750
|
2.39
|
2.03
|
|
15
|
파주
|
300
|
600
|
2
|
1.7
|
|
16
|
평택
|
834
|
1,000×2=2,000
|
2.4
|
2.04
|
|
17
|
파주
|
475
|
750×2=1,500
|
3.15
|
2.68
|
|
18
|
여주
|
605
|
900×2=1,800
|
2.98
|
2.52
|
|
19
|
양주
|
1,228
|
1,250×3=3,750
|
3.05
|
2.6
|
|
20
|
안성
|
1,696
|
1,250×2+750=4,250
|
2.5
|
2.13
|
3. 현실화한 공동주택 전기용량 제안
3.1 경기지역 공동주택 전기 용량 설계의 예
표 5에서 2022년 경기도 각시에서의 세대당 전력 설계 시 반영하는 용량이다. 세대당 사용할 수 있는 전력량이 그림 1과 같이 1[kVA]대가 20[%], 2[kVA]대가 55[%], 3[kVA]대가 20[%], 4[kVA]대가 5[%]로 확인되었다. 대부분 3[kVA]이하가
공동주택의 약 75[%]로 설계된 것이 현실이다.
그림 1. 경기도내 건설 중인 공동주택의 세대당 전기 설계 용량의 비율[%](2022년기준)
Fig. 1. The per-unit electrical design capacity ratio for apartment units under construction
in Gyeonggi province(as of 2022)
역률을 적용하여 실제 사용 전력 단위인 유효전력[kW]으로 환산하면 더욱 낮아진다. 한편, 한국전력공사에서는 오래전부터 단독 주택의 경우 가구당
계약전력은 3[kW], 사용전력은 5[kW]까지 허용하고 있다.
경기도를 조사 분석하였으나 서울시, 인천광역시, 강원도 역시 비슷하며 전국이 같은 상황이라 하겠다. 표 1을 참고하여 현재 사용 중인 세대 내 가전제품을 합산해 보면 개략적으로 얼마만큼의 전력량이 필요한지 알 수 있다. 따라서, 표 5에서 나타난 경기도 내 각 도시에서 시행 중인 공사에서의 전기용량 값이 각 세대 내에서 전기용품 소비전력량의 합보다 훨씬 낮은 용량임을 알 수 있다.
3.2 국내 공동주택 전기용량 설정의 문제점과 해외의 전기 용량 설정
공동주택의 전기용량 부족으로 인한 변압기 과부하 및 과열로 화재 사고의 위험이 상시 존재한다. 전기안전공사 통계에 따르면 25년 이상된 아파트일수록
화재 발생율은 증가하여 년평균 49[%]에 달한다고 한다. 일반 및 공공건축물의 경우 별도의 규제가 없어 평균 부하률이 20∼30[%]수준이며, 수·변전설비
용량이 너무 과하게 설계가 되어있고 불필요하게 전기요금을 납부하고 있으나 공동주택만 과거의 규정을 고수할 필요성에 대하여 깊이 생각해 볼 필요가 있다.
30여년이 지난 1기 신도시의 경우 이미 수변전설비와 세대분 전반의 수명이 지나 변압기용량 증설과 변압기 고장 시 정전시간을 최소화하기 위하여 세대용과
공용부하 변압기 2차 측에 TIE-CB를 설치하는 것으로 권장했었다. 세대 내부에 분전반 교체가 수반되는 차단기를 그림 2의 CASE-2와 같이 주 차단기를 RCD, 분기 차단기를 MCCB의 배치로 되어있다. 분기회로의 단락, 지락, 과부하 사고 시 선택 차단이 되지
않고 주 차단기인 RCD가 동작하여 세대 전체가 정전 상태가 되는 것이다(2007년 이전 설계). 현재는 그림 2의 CASE-1처럼 RCD, MCCB가 설치되고 있다[7]. CASE-2와 비교시 RCD, MCCB의 위치가 서로 바뀐 것이다. 표 6은 전력기기별 점검 주기 및 교체 시기[8]를 정리한 것이다.
2017년 9월 한국소비자원의 국정감사 노후아파트 실태조사 자료에는 대부분의 노후 아파트는 고감도 누전 차단기(KEC 규정 명칭:RCD) 미설치는
물론 주 차단기도 없는 곳이 존재하고 세대 내 전기시설이 열악한 환경에 노출되어 생활하고 있는 것으로 조사되었다[9]. 세대 분전반의 설치 형태는 반드시 CASE-1의 형태로 적용되어야 함을 강조하고자 그림 2에 시각화하였다.
그림 2. 분전반 적용 범례
Fig. 2. Legend of distribution panel application
표 6 전력기기 점검주기 및 교체시기(내구연한)
Table 6 Inspection and replacement intervals for power equipment(lifespan)
|
NO
|
주요
기기
|
점검주기 및 주기년수
|
정기점검
|
교체추천시기
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
특별
|
보통
|
정밀
|
|
1
|
G.I.S
|
|
|
|
|
|
●
|
|
|
|
|
이상
차단
|
6
|
12
|
20~25
|
|
2
|
고,저압
배전반
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
-
|
2
|
-
|
15~20
|
|
3
|
감시반
계전기반
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
-
|
2
|
-
|
15~20
|
|
4
|
O.C.B
|
|
●
|
|
●
|
|
◆
|
|
●
|
|
●
|
이상
차단
|
2
|
6
|
15~20
|
|
5
|
T.C.B
|
●
|
●
|
●
|
●
|
◆
|
●
|
●
|
●
|
●
|
◆
|
이상
차단
|
1
|
5
|
15~20
|
|
6
|
V.C.B
|
|
|
●
|
|
|
◆
|
|
|
●
|
|
이상
차단
|
3
|
6
|
15~20
|
|
7
|
G.C.B
|
|
|
●
|
|
|
◆
|
|
|
●
|
|
이상
차단
|
3
|
6
|
15~20
|
|
8
|
A.C.B
|
|
|
◆
|
|
|
◆
|
|
|
|
|
이상
차단
|
-
|
3
|
15~20
|
|
9
|
V.C.S
|
|
●
|
|
◆
|
|
●
|
|
◆
|
|
●
|
잦은
개폐
|
2
|
4
|
10~15
|
|
10
|
E.L.B
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
-
|
1
|
-
|
10~15
|
|
11
|
D.S
|
|
|
●
|
|
|
◆
|
|
|
●
|
|
-
|
3
|
6
|
15~20
|
|
12
|
A.B.B
|
|
|
●
|
|
|
◆
|
|
|
●
|
|
-
|
3
|
6
|
10~15
|
|
13
|
M.C
|
|
|
◆
|
|
|
◆
|
|
|
◆
|
|
작은
개폐
|
-
|
3
|
10~15
|
|
14
|
N.F.B
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
-
|
1
|
-
|
10~15
|
|
15
|
L.A
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
-
|
2
|
-
|
10~15
|
|
16
|
M.O.F
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
-
|
2
|
-
|
10~15
|
|
17
|
P.T
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
-
|
2
|
-
|
15~20
|
|
18
|
MOULD형 T.R
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
-
|
1
|
-
|
15~20
|
|
19
|
P.F
|
●
|
●
|
●
|
●
|
◆
|
●
|
●
|
●
|
●
|
◆
|
차단
발생
|
1
|
5
|
7~10
|
|
20
|
S.C
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
◆
|
|
●
|
|
-
|
2
|
7
|
10~15
|
|
21
|
O.T.R
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
◆
|
●
|
●
|
●
|
●
|
-
|
1
|
6
|
15~20
|
|
22
|
MOULDED T.R
|
●
|
●
|
●
|
●
|
●
|
◆
|
●
|
●
|
●
|
●
|
-
|
1
|
6
|
15~20
|
|
23
|
P.R
|
|
●
|
|
●
|
|
◆
|
|
●
|
|
●
|
-
|
2
|
6
|
10~15
|
|
24
|
H.V BUS
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
●
|
|
-
|
2
|
-
|
15~20
|
● : 보통점검, ◆ : 정밀점검 단위 : 년
주택을 포함한 모든 전기설비는 사용 중 전기공급이 중단되고, 수변전설비 용량 부족으로 인한 화재 등의 사고가 발생하지 않아야 한다. 미국의 설계 기준은
우리나라와는 다르다. 표 7에서와 같이 NEC(National Electric Code)에서는 전기 설계 시 과부하 보호에 대한 차단기 선정 용량은 설계용량만큼 전력을 사용할
수 있다는 가정하에 모두 풀 부하(Full load)로 적용하고 여유율까지 적용한다[10].
U-27개 회원국 및 후보국의 전력 소비 지속 현상은 EU의 수많은 에너지 효율 정책과 프로그램 적용에도 불구하고 꾸준한 증가를 거듭하여왔다. EU-25의
주거 부문의 총 전력 소비량은 1999~ 2004년 단기간 10.8[%]나 증가하여 GDP 증가와 거의 같은 속도로 증가하게 된다. 이후 전염병,
전쟁 등 세계적인 에너지 불안정 요소들도 글로벌 에너지로의 전환을 가속하고 있다[11].
표 7 미국의 과부하 보호장치 계산방식과 적용(NEC)
Table 7 Calculation method and application of overload protection in the United States
|
구 분
|
전류[A]
|
부하특성
|
적용[A]
|
|
NO CON.
|
CON.
|
|
전 등
|
20
|
-
|
25
|
25
|
|
꽂음기구
|
10
|
-
|
12.5
|
12.5
|
|
생활기구
|
20
|
-
|
25
|
25
|
|
주 방
|
20
|
20
|
-
|
20
|
|
합계
|
|
|
62.5
|
82.5
|
|
전류합계
|
82.5
|
|
Copper
|
AWG #2
|
|
Fuses
|
100AF/90AT(MAX99AT)
|
|
적 용
|
미국 가정집 기준
|
우리나라도 이런 폭발적인 전력 사용량 증가에 대응하여 공동주택 세대당 필요 전력을 엔지니어 누구나 시대에 맞게 계산하고 현장에 적용할 수 있도록 전력
용량을 제안한다. EU의 예처럼 강하게 전력인프라를 구축해 나가야 하나, 에너지사용량의 증가를 쉽게 통제하지 못한다면 화석에너지 사용보다는 전기 사용을
권장해야 한다고 생각한다.
3.3 제안하는 공동주택의 단위세대 전기 용량
제안하는 단위세대 전기용량은 식 (5)와 같다. 식 (5)는 공용부분을 제외한 공동주택 단위세대 부하용량 산정이며, 수용률은 적용하지 않으며 미국의 수용률을 비교하면 주거시설의 경우 조명은 3[kW]까지,
전열은 10[kVA]까지 수용률을 100[%]로 계산하고 있다[12]. 이와 같이 미국의 사례 등을 참고하여 아래에 보인 제안식에서 수용률은 1로 계산한다. 한편, 현재 적용 중인 KEC 규정의 수용률은 공동주택의
수용률이 아닌 간선 수용률의 적용이다. 주택건설 기준규정, 한국토지주택공사, 일본에서도 수용률은 적용하지 않고 있다. 즉 수용률은 1이라 할 수 있겠다.
여기서, A는 단위세대 전용면적 ㎡이며,
60[㎡] 이하는 3,000[VA], 60[㎡] 초과시 4,000[VA]로 함.
예를 들어, 공동주택의 전용면적이 60㎡일 때, 식 (5)로부터
P=50[VA/㎡]×60[㎡]＋3,000[VA]=6,000[VA]이다.
표 8은 현 KEC 규정에서 용량과 제안하는 설계 용량을 비교한 것이며, 제안하는 부하밀도는 내선규정(2013년) 표 4의 건축물 용도별 주택 전력 부하밀도와 유사함을 알 수 있다.
식 (1)의 한국 전기설비 규정에서의 전기용량은 사용 용량이 적으며 수용률 적용으로 현실적으로 적절하지 않다고 생각한다. 제안하는 설계 용량인 식 (5)에서 수용률을 적용하지 않는다는 의미는 수용률이 100[%]임을 의미한다. 표 7에서 보인 NEC에서도 확인할 수 있듯이 용도별 부하의 수용률을 대부분 1(100[%])로 적용함을 볼 수 있었고 기준 정격 용량을 다음에 결론 부분에서
제안하는 6[kVA]을 넘어서 오히려 8~10[kVA]로 설계하고 있다.
표 8 KEC와 제안방법과의 전기용량 비교
Table 8 Comparison of electric capacity of KEC and the proposed method
|
전용면적
[㎡]
|
현재의 KEC 규정에 의한 전기 용량[VA]
|
제안하는
설계 용량[VA]
|
|
60
|
3,400
|
6,000
|
|
84
|
4,360
|
8,200
|
|
124
|
5,960
|
10,200
|
|
158
|
7,320
|
11,900
|
|
265
|
11,600
|
17,250
|
|
부하밀도
[VA/㎡]
|
47.24
|
77.50
|
NFPA(미국 화재예방협회)[12]에서 제안하는 가정용 부하의 수용률 보면, 수용률 100[%]를 적용하는 경우는 3[kVA]이하의 전등 부하, 전기 드라이어 사용 4대 이하, 2개의
주방 제품 등으로 되어있다. 한편, 3, 4, 5개의 주방 제품에 대해서는 각각 90, 80, 70[%]의 수용률을 적용하도록 규정하고 있다. 따라서,
NEC와 NPFA에서의 수용률 적용을 고려해 보면, 본 논문에서 제안하는 전기 설계 용량식인 식 (5) 적용 시, 한국의 세대 내 가전제품의 수와 용량을 고려하여 수용률을 1로 적용함이 타당하다 하겠다.
4. 결 론
본 논문에서는 국내 공동주택 설계에서 전기용량의 현실적인 제시를 위하여, 국내에서 사용되고 있는 세대당 전기용량 설계 식을 보였다. 또한 일본, 유럽,
미국에서의 선례를 참고하여 우리나라의 에너지 인프라와 생활환경을 고려하여 현실적인 전력설비 용량의 설계기준을 제시하였다. 현재 공동주택에 적용 중인
한국 전기설비 규정으로는 안전하고 편리하게 모든 가전제품을 사용하기에는 전력량이 부족하다. 본 연구를 통해서 세대당 부하 용량 계산시 용량 증대를
기대하여 본다. 또한 설계 용량 부족과 전력전자 제품에서 발생하는 고조파에 의한 공동주택의 변압기 과열로 인한 화재 및 폭발 사고를 예방하기 위해
범정부차원의 실태조사가 수행되기를 바라며, 전기 용량 설계 시, 전국 어디서나 사업 주체에 관계없이 동일한 규정을 반영하여 60[㎡] 이하는 6,000[VA]로
세대당 전기용량 결정이 현실화되길 제안한다.
References
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National Fire Protection Association(NFPA), “Branch-circuit, feeder, and service load
calculation,” Article 220, pp. 100-107, 2017.
저자소개
1970년 9월 7일생. 1994년 동양공업전문대학 전기과 졸업. 2017년 동양미래대학교 전기공학과 졸업(공학사). 2019년 홍익대학교 대학원
전자전기공학과 졸업(공학석사). 2024년 홍익대학교 대학원 전자전기공학과 공학박사수료(전력전자연구실). 신호그룹 건설본부. 한국종합기술개발공사 전기통신부(KTX송변전).
㈜한빛기술단 부사장(인천). 한국IoT 기술자문, ㈜윈텍 기술자문
1969년 8월 25일생. 1994년 한양대학교 전기공학과 졸업(공학사). 1996년 동 대학원 전기공학과 졸업(공학석사). 2004년 Georgia
Tech ECE 졸업(공학박사). 1996년∼2000년 LG전자 DA연구소 주임연구원. 2004년∼2006년 삼성SDI 중앙연구소 책임연구원. 2008년∼현재
홍익대 전자전기공학부 교수. 건축전기설비기술사. 전기응용기술사
1960년 1월 18일생. 1993년 한밭대학교 전기공학과 졸업. 1997년 홍익대학교 대학원 전기공학과 졸업(공학석사). 2002년 동 대학원 전기공학과
졸업(공학박사). 전 국토교통부 중앙건설기술심의 위원. 전 대한민국 산업현장 교수. 현 가천대학교 IT 융합대학 전기공학과 겸임교수. 동부엔지니어링(주)
부사장. 건축전기설비기술사