문서번호	시설관리과-292
결재일자	2014.1.14.
공개여부	대시민공개
방침번호

				시 민
주무관	시설관리과장	시설관리부장		상수도사업본부부본부장
김현돈	한명석	윤석우		01/14 정득모
협 조	주무관		장기덕
	주무관		주광복

가압장, 배수지 환경에 적합한

낙뢰 피해방지 회로기술 개발구축

2014. 01

상수도사업본부

(시설관리부)

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가압장‧ 배수지 환경에 적합한

낙뢰 피해방지 회로기술 개발구축

가압장, 배수지 등의 낙뢰피해 유형을 분석하고, 이에 적합한 낙뢰방지회로를 개발․구축하여 낙뢰피해를 획기적으로 예방하고자 함

Ⅰ		개 요

□ 낙뢰란?

○ 번개의 종류 가운데 구름과 대지 사이에서 200만~10억V의 고 전압이 발생하는 방전 현상

○ 이때 방전 통로는 소손 및 화재가 발생하며, 주변에는 매우 높은 전압이 유도되어 주변 전기기기 등을 파손

□ 낙뢰에 의한 서지 종류

구 분	현 상	대 책	가압장․배수지 피해 빈도
직격뢰(direct)	낙뢰 뢰격 지점의 SURGE	피뢰침 설치	매우 적음
간접뢰(indirect)	전원, 통신 신호 선로의 낙뢰에 의한 SURGE	써지 보호기 설치(SPD 등)	많 음
유도뢰(induction)	주변의 대지에 뇌격하여 발생된 SURGE		매우 적음

□ 가압장․배수지 낙뢰피해 방지시설 현황

○ 피뢰침 (시설물 보호)

- 시설물 외부에 설치하여 시설물 전체를 직격뢰로부터 피해 보호

※ 배수지 100개소, 가압장 63개소에 모두 설치되어 있음

○ SPD (낙뢰피해방지장치, 전기기기 보호)

- 피뢰기(Arrester) 및 SPD(Serge Protector Device)를 설치하여 후단의 기기 보호

※ SPD와 피뢰기가 혼용되어 있으나, 점차 성능이 우수한 SPD로 변경 중

Ⅱ		낙뢰피해 현황

○ 가압장․배수지 낙뢰피해 현황 (’13. 8. 6)

사업소	계	ELB 차단	한전 정전	KT통신 (모뎀)	전자기기 손상	기타 (전자기기 홀딩 등)	비고
계	68	29	2	7	23	7
중부	17	8	2	3	1(전자식 압력계)	3(수위계 홀딩)
서부	7	4	0	1	1(토출압 조절기)	1(수위계 이상)	낙뢰시 원격으로 전원을 차단하는 장치 운영
동부	4	2	0	0	2(압력계1, PLC1)	0	기기손상은 대부분 SPD 미설치 장소에서 발생
북부	9	1	0	0	8(압력계5, PLC3)	0
강서	12	3	0	1	7(콘트롤유니트5, 수위계1, CCTV엠펙써버1)	1(인버터 이상)
남부	17	11	0	1	4(수위계1, 압력계1 DC SUPPLY1, PLC1)	1(유량계 홀딩)
강남	1	0	0	1	0	0
강동	1	0	0	0	0	1(유량계 홀딩)

Ⅲ		문제점 및 환경 특성

□ 시설 위치 관련하여

○ 가압장․배수지 등의 전기시설은 낙뢰에 취약한 장소에 설치되어 있음

- 배수지는 산 정상이나 중턱에 있어 설치위치가 낙뢰에 취약

- 증압장, 유량계, 전식시설도 도심외곽 도로상에 설치되어 낙뢰에 취약

▹ 도심과 일정하게 떨어져서 한적한 도로상에 설치된 경우 낙뢰에 취약

□ 시설물 설치 관련하여

○ SPD 설치한 경우 낙뢰로 인한 시설물 피해는 현저히 감소되었으나 전원차단(누전차단기 트립)은 계속해서 많은 빈도로 발생

⇒ 전원복구를 위한 직원의 현장출동으로 행정력이 낭비되고 있음

○ ELB(누전차단기)가 차단되는 낙뢰피해가 가장 많음에도 대책이 없음

- 써지전압이 ELB가 견딜수 있는 7㎸를 초과하는 것으로 판단됨

○ SPD 미설치 시설이 많으며, 설치되어 있더라도 적절한 회로구성 기술기준이 없어 부적정 설치가 다수 임

- 최근 보급되고 있는 SPD는 이전의 피뢰기보다 성능이 우수하나 보급 초기의 품질 및 설치기준 불명확

▹ ELB 후단에 SPD를 설치하는 등 설치위치 부적정

▹ KS인증 품목임에도 비인증제품 설치

▹ SPD 고장에 따른 한전 지락사고 및 자체회로 보호 등에 대한 대책이 없음

	SPD 보급현황
▹ ’03년에 KS규격이 제정 ▹ KS인증 이전에도 낙뢰방지기능이 우수하여 ’09년부터 상수도에 보급 ▹ ’12.3월에 전원용에 대하여 KS인증 품목이 되었음 ▹ ’13년 현재 주 전원부와 통신전자장치 전원부에 설치 보급 중이나 대부분 KS 비인증 제품으로 설치되어 있는 실정임

□ 낙뢰 유입경로의 환경 특성

○ 통신환경 변화로 통신선로로 유입되는 서지피해는 현저히 감소

- 최근 KT 통신망이 낙뢰에 안전한 광통신 및 차폐선으로 변화 중

○ 최근 가압장․배수지 낙뢰서지 주유입경로는 전원측 선로임

- 최근 서지유입의 주경로는 전원선로이며, 이 경로에 대한 서지피해방지 대책이 중점적으로 필요함

Ⅳ		대 책

□ 낙뢰 피해방지 회로기술 개발구축

○ 가압장・배수지 낙뢰피해 방지회로도(안)

				한국전력 전원선
					▿
					▿
					▿		한전측 전선로의 지락사고 방지 및 자체회로 보호을 위하여 설치, 전원과 병렬 구성
										↑
										↑ ↑				1등급 사용으로 낙뢰전류 흡수능력 강화, 전원측과 병렬 구성
										↑					↑
									NFB					SPD
					NFB
												회로내는 SPD전단에 NFB 불필요
												↑
												↑		SPD
	일반ELB				일반ELB				ELB
												→ 뇌임펄스 부동작 성능향상 ELB
	▿				▿				▿
	전동밸브 등 일반부하				펌프 기동반 등 일반부하				PLC 등 전자장치, CCTV 등											접지		접지
																			⏚		⏚

○ 회로 구성 부품 특성 검토

구분	ELB	낙뢰방지형 ELB	SPD	NFB(과전류차단기)
기능	지락차단 과전류차단	지락차단 과전류차단	서지억제	과전류 차단 (한시, 반한시, 순시)
사고차단 속도	0.03초 이내 (3cycle 이내)	0.03초 이내 (3cycle 이내)	서지반응속도 1 nano second	3cycle 이내 (3/60=50ms) 한류형 1cycle
누전 차단	30mA, (100/200/500mA)	30mA, (100/200/500mA)	-	-
과전류 차단 (사고전류)	2.5kA	2.5kA	-	5kA
정격	30AF 기준	30AF 기준	(1등급 기준) 10/350㎲ Iimp 12.5kA	50AF 기준
서지보호기능	뇌임펄스 부동작 능력 6kV 1.2/50㎲ 펄스	뇌임펄스 부동작 능력 20kV 1.2/50㎲ 펄스		뇌임펄스에 부동작

□ 회로기술의 주요 내용

○ SPD 회로 구성 기술기준 마련

- SPD 이후의 모든 기기를 보호할 수 있도록 NFB 전단에 SPD 설치

- SPD 고장으로 주 NFB가 차단되는 사고를 방지하기 위하여 자체회로 전단에 병렬로 회로 구성

- 한전 지락사고 등을 방지할 수 있도록 SPD 전단에 NFB or 전용차단기 등 과전류 차단회로 설치

- 2012.3월부터 KS 인증품목이므로 KS인증제품을 사용하여 신뢰 확보

- 전원부는 SPD 1등급 낙뢰전류 12.5kA 이상제품 사용(IEC 권장)

SPD 1등급 : 10/350㎲ Waveform에서 20회 이상 시험하여 이상 없을 것

IEC(International Electro-technical Commission) : 국제전기기술위원회

○ ELB 기술기준 마련 : 뇌임펄스 부동작 성능 향상

- ELB는 KS(C4613)의 낙뢰임펄스 부동작 전압을 향상시킨 제품 사용

※ 낙뢰써지 유기 전압 : KS 시험전압 7KV를 초과하는 500m 거리 유기전압 14kV로 정도로 가정

(낙뢰로부터 200m:35kV, 500m:14kV, 1000m:6kv)

※ 충격파 전압이 14㎸보다 더 높은 전압에서 부동작 시험을 통과한 제품 사용

	ELB 현장 테스트 결과 (’13. 8. 6. ~ 현재)
▹ 실험대상 : 휘경A가압장(동부수도사업소) ※ 최근 2년간 낙뢰로 인한 ELB 차단으로 출동이 많았던 가압장 ▹ 실험결과 : 과거와 달리 낙뢰시 ELB가 차단되지 않았음(효과 확인) ▹ 실험주체 : 동부수도사업소(오정훈), 본부 시설관리과(김현돈, 주광복) 누수방지과(차경호, 유량계 관리)

	ELB 뇌임펄스 부동작 성능 요구사항
☞ 뇌임펌스 부동작 시험 회로를 구성하여 인가파형을 정․부 3회 인가하여 시험 시 오동작 하지 말것이며, 시험후 감도전류 특성에 이상이 없을 것
< 뇌임펌스 부동작 시험 회로 >		< 인가 파형 >

Ⅴ		조치계획

○ ’14년도에 예산범위 내에서 기 낙뢰피해 장소 우선 조치

- ’13. 8. 6. 낙뢰시 누전차단기(ELB)가 차단된 29개소 우선설치

- 예산범위 내에서 기존 피해장소 중 주요장소 확대 설치

※ 사용예산 : 수도사업소 수선유지교체비

Ⅵ		행정사항

○ 효과분석 후 낙뢰에 취약한 시설부터 점진적 확대

- 낙뢰피해방지 시스템이 필요한 시설물 현황 : 총596개소(붙임 #1)

○ 현장실험 참여 사업소에 경영평가 가점 부여

- 낙뢰피해방지 회로의 현장실험 참여 사업소인 동부수도사업소에 기전설비 유지관리분야의 경영평가 중 수범사례 가점(1점) 부여

붙임 : 1. 낙뢰피해방지 시스템이 필요한 시설물 현황 – 1부.  끝.

첨부)

낙뢰피해방지 시스템이 필요한 시설물 현황

□ 가압장‧배수지 : 총276개소

구 분		계	중부	서부	동부	북부	강서	남부	강남	강동
계(가압장‧배수지)		276	66	55	17	38	23	40	28	9
가압장	저압가압장	43	15	7	2	6	4	5	3	1
	증 압 장	133	27	26	8	24	10	14	19	5
배수지		100	24	22	7	8	9	21	6	3

□ 전식시설‧구역유량계 : 총321개소

구 분	계	중부	서부	동부	북부	강서	남부	강남	강동
계(전식․유량계)	321	51	36	51	8	31	76	34	34
전식(외부전원)	146	6	10	17	0	17	42	24	30
구역․중블록유량계	175	45	26	34	8	14	34	10	4