원전전력계통 해외교육실 APR 발전교육팀 0822-6045 이번 시간에는 원자력 발전소 소내 전력계통에 대해 학습하도록 하겠읍니다. 먼저 제 소개를 하도록 하겠읍니다. 안녕하십니까 원자력 교육원 교수실 기술 교육팀 노재룡 차장니다. 만나뵙게 되어 반갑습니다. 저는 울진 원자력 2발전소에서 발전팀 교대 근무를 9년 했읍니다. 1차측 현장 운전원 일명 RO 1, 2, 3를 4년 5개월 했읍니다. 그리고 중앙 제어실 MCR 에서 EO 일렉트릭 오퍼레이터만 4년 8개월 했읍니다. 발전팀 근무 덕분에 표준형 RO / SRO 면허를 가지고 있고, 전기 관련 기능사 , 기사 가지고 있읍니다. 해외교육실 APR 발전교육팀 0822-6045

목 차 1. 원전 전기계통 개요 원전 전기계통 개요 2. 변압기 일반 변압기 일반 3. 스위치야드(Switchyard) 고압/중/저압분전반 4. 고압/중/저압분전반 5. 비상디젤 발전기 비상디젤 발전기 6. 무정전 전원공급 계통 무정전 전원공급 계통 주요 내용 요약 7. 주요 내용 요약

우리나라의 전력계통 발 전 / 송 변 배 내 선 우리 나라 전력 계통의 기본 구성도 입니다. 각종 발전소에서 전력을 생산하여 변전소를 통해 전압을 345kv 나 154kv 로 승압 및 감압합니다. 이후 대규모 공장은 고전압으로 그래로 송전하고 , 일반 수용가는 전압을 더욱 감압하여 공급합니다.

전력 생산 및 전송경로 증기(Steam) 옥외변전소(SWYD) F i + v - N 주변압기(Main TR) 터빈 & 주발전기 1 2 i + v - N 주변압기(Main TR) 증기(Steam) 터빈 & 주발전기 원자력 발전소 전력 생산의 기본 개략도 입니다. 터빈에 증기를 공급하여 터빈축을 돌리면, 터빈 축과 발전기 축이 연결되어 있어서 발전기 축이 회전하여 발전기로부터 전력이 생산 됩니다. 발전기에서 생산된 전력은 주변압기를 통해 전력 계통 운영 전압(22kv -> 345kv)에 맞게 승압됩니다. 변압기에서 전압이 승압된 전력은 옥외개폐소 일명 SWYD 라고 불리는 곳으로 전송되어 , 이후 송전 철탑을 통해 대한민국 전력계통으로 전송 됩니다.

전력계통 구성 소내 전력계통 소외 전력계통 주전력계통 (Main Power System) : 주발전기, 주변압기 고압분전반 : Non-1E 13.8kV / 4.16kV SWGR, Class-1E 4.16kV SWGR 저압분전반 : 480V Load Center / 480V Motor Control Center 무정전전원 공급계통 (Uninterruptible Power Supply System) 예비전원계통 : Emergency DG, AAC DG 소외 전력계통 옥외변전소 (345kV Switchyard System) 원자력 발전소 전력 계통의 기본 구성입니다. 주전력 계통으로는 전력을 생산하는 주발전기와 전압을 승압하는 주변압기로 구분 할 수 있읍니다. 표준형 원자력 발전소에서 사용하는 고압 분전반으로는 Non-1E 13.8kV / 4.16kV SWGR, Class-1E 4.16kV SWGR 가 있읍니다. 그리고 저압 분전반으로는 480V Load Center / 480V Motor Control Center(일명 MCC)가 있읍니다. 그리고 오늘 오전에 배우신 UPS 무정전 전원 계통이 있으며 EDG 라고 불리는 비상디젤 발전기와 와 AAC DG 대체 교류 디젤 발전기로 구성된 비상전원 계통이 있읍니다. 그리고 소외 전력 계통으로 구분되는 옥외 개폐소 일명 SWYD 가 있읍니다.

원전 전기계통 개요 원전 전기계통의 기능 전력 생산 및 송전 발전소 내 전기설비에 전원공급 주발전기/주변압기/옥외변전소(SWYD) 발전소 내 전기설비에 전원공급 소내보조변압기(Unit Aux. Tr.) 대기보조변압기(기동용변압기) 고전압 배전반 (Switchgear) 중/저전압 배전반 (Load Center, Motor Control Center) 무정전 전원공급 계통(UPS) 주발전기에서 생산된 전력은 주변압기와 옥외 개폐소를 지나 송전선로를 통해 우리나라 전력계통으로 전송 됩니다. 원자력 발전소에서 전력을 생산하기 위해서는 발전소 내 소내 부하라고 불리는 각종 펌프, 밸브 등이 구동되어야 하기 때문에 전력을 필요로 합니다. RCP 원자로 냉각재 펌프, 기기 냉각수계통의 ccwp 1차기기냉각수펌프, 증기 터빈 계통에 사용되는 복수펌프, 승압펌프, 주급수펌프, 순환수 계통의 순환수 펌프 등 수많은 펌프가 있읍니다. 그리고 여기에 사용되는 각종 밸브와 각종 부하들이 발전소 내 수없이 존재 하고 있는데, 이처럼 수많은 펌프와 밸브가 존재하기 때문에 사용하는 전압이 각각 다릅니다. 따라서 소내 부하에 각각 다른 전압을 공급하기 위해서 소내 보조 변압기 일명 uat 가 있읍니다, 또 기동용 변압기 일명 sut 가 있읍니다. Sut 는 표준형으로 오면서 sat 소내 대기 변압기로 바뀌어서 사용되고 있읍니다.\ 그리고 uat,sut, sat 로 부터 전원을 공급받는 고전압 배전반 (Switchgear) 이 있으며, 고전압 배전반 (Switchgear) 으로부터 전원을 공급받는 중 / 저전압 배전반 (Load Center, Motor Control Center) 이 있읍니다. 배전반은 전압을 받아 전압을 분기하는 전기설비 라고 생각 하시면 됩니다. 뒷 부분에 이에 대한 설명이 따로 있을 것읍니다. 무정전 전원공급 계통(UPS)은 따로 수업 시간이 예정되 있으니 그때 자세히 학습할 기회가 있을 것 입니다.

전기 1급과 전기 비1급 전기 비1급 (Non Class-1E, 전기 1급 (Class-1E, 안전등급] 비안전등급] 다음과 같은 기능을 수행하는 계통 이나 기기에 전원 공급 Rx Trip & Safety Shut Down 유지 모든 안전성관련 기기 다음 기기나 계통에 전원 공급 Class-1E 이외 전기기기 고장으로 인해 안전성관련 기기의 안전기능 수행에 방해되지 않는 기기 원자력 발전소는 화력 발전소와는 달리 C-1E 안전등급이라는 개념이 존재 합니다. 안전 등급은 주로 원자로 안전성과 관련된 기기나 설비 들을 위해 전력을 공급하기 위해 존재합니다. RCS 압력경계의 건전성 유지, Rx Trip & Safety Shut Down 유지, 발전소 부지 밖으로의 방사선 , 유출사고를 방지 또는 완화 모든 안전성관련 기기에 전원을 공급합니다,. 원자력 발전소 사고 발생 시 C-1E 모선에 전원이 확보된다면 원자를 안전하게 유지 및 냉각 할 수 있읍니다. 반면 비안전 전기 등급은 ~ (강의안)

소내 전력계통 개요 – 표준형 기준 발전기 정지 + UAT[소내보조변압기] + SAT[소내대기변압기] + EDG 정지 비정상 운전 (GCB + UAT 고장시) 비정상 운전 (발전기 정지) 정 상 운 전 GCB 발전기 정지 및 UAT[소내보조변압기] 정지

소내전력계통 개요 - 고리3,4/영광1~4 TRIP 비정상 운전 (발전기 정지) TRIP 발전기 정지 및 SAT[소내보조변압기] 정지 TRIP TRIP

옥외변전소(SWYD) 개 요 원자력발전소와 송전망과의 연결 또는 차단 기능 모선, 차단기, 단로기, 피뢰기 등으로 구성 스위치야드 방식 절연방식에 따른 분류 옥외 개방형 공기절연방식 : 고리 1,2,3,4 GIS (Gas Insulated Switchgear)방식 : 영광1,2/울진 1,2 및 표준형 모선구성방식에 따른 분류 환상모선방식 : 고리1, 2/월성1, 2 1.5차단방식 : 표준형 SWYD 는 발전소에서 생산된 전력과 송전망과의 연결점 또는 차단점의 기능을 합니다. 크게 구성된 것을 보면 BUS 라 불리우는 모선과 차단기, 단로기 , 피로기 등으로 구성되어 있읍니다. 스위치야드는 절연 방식으로 구분 할 때 요즘은 잘 사용하지 않는 옥외 개방형 공기 절연 방식과 GIS 방식으로 구분됨니다. 모선 구성 방식으로 보면 환상 모선 방식과 요즘 주로 사용되고 있는 1.5 차단 방식으로 구분 할 수 있읍니다.

Switchyard 사진 옥외개방형과 GIS 방식 비교 환경 영향 ≫ 건설비 ≪ 설치 면적 ≫ 설비 안전성 ≪

Switchyard 단선도 환상(Ring)모선 방식과 1.5차단기 방식 비교 과거의 원자력 발전소들은 환상 모선 방식의 SWYD 였으나 , 근래 생겨난 원자력 발전소는 모두 1.5 차단 방식의 SWYD 를 사용합니다. 전력 라인은 2개인데 차단기는 3개로 차단을 한다 하여 1.5 차단 방식이라고 부릅니다. 고장난 1개의 차단기 또는 1개의 라인을 계통 운전에 영향을 주지 않고 분리 가능 한 방식 입니다. (그림 판서 설명) – 차단기 1개 개방 될 경우, 차단기 아무거나 2개 차단될 경우

변압기 일반 개 요 변압기 : 전자유도작용을 이용하여 교류전압을 다른 교류전압으로 변환하는 정지기기 변압기는 전자유도작용을 이용하여 교류전압을 다른 교류전압으로 변환하는 정지기기 입니다. 쉽게 풀어 보면 전압을 승압 또는 감압하는 전기 기기 입니다.

변압기 구조 (외형도) 고압 붓싱 콘서베이터 저압 붓싱 중성점 붓싱 냉각기(Cooler) 현장제어반 NLTC핸들 주변압기 상세 구조 skip

주변압기 (Main TR) 개 요 송전을 위한 승압 기능 결선방식(1차-2차) : △-Y 발전기 출력전압(22kV) ⇒ 송전 전압(345kV) 결선방식(1차-2차) : △-Y 대부분의 원자력발전소는 단상변압기 3대로 구성 고리1,2/월성1호기 : 3상 변압기 유입변압기 사용 절연유 : 절연과 냉각 변압기 보호장치 기계적 보호장치와 전기적 보호장치 사진은 영광 5,6 호기 주변압기 사진 입니다. 변압기이기 때문에 전압을 승압 또는 감압 하다보면 변압기 내부 철심과 코일에서 열이 발생하게 됩니다. 그래서 변압기 내부에 냉각과 절연을 목적으로 절연유를 채워 놓습니다. 전면에 보이는 팬들은 절연유들의 온도가 상승할 경우 자동으로 팬이 동작되어 강제적으로 절연유를 냉각하는 기능을 합니다.

보조변압기 개요 개요 원자력발전소 소내전기계통에 전원공급 각 발전소 구성 모두 3상 변압기 소내 보조변압기(UAT : Unit Aux TR.) : 2대 대기 보조변압기(SAT : Standby Aux TR.) : 2대 모두 3상 변압기 표준형 원전의 경우 운전 중 전압조정가능 발전소 소내 전력을 위한 전압을 감압 하기 위해 UAT 소내 보조 변압기과 SAT 소내 대기 변압기가 존재하고 있다고 말씀 드렸읍니다. 발전소는 원자로 2개 호기입니다. 원자로 1개 호기당 UAT 2대 , SAT 2대를 구비하고 있읍니다. 그리고 표준형 원자력 발전소의 경우에는 UAT나 SAT 전압을 조금씩 조절 할수 있는 기능을 포함하고 있읍니다.

보조및 대기보조변압기 개요 UAT (Unit Aux TR, 소내보조변압기) 주발전기에서 22kV의 전원 수전(1차) 13.8 및 4.16kV로 변환하여 소내 전원 공급 SAT (Stand-by Aux TR) or SUT (Start-up TR) 소외전원으로 부터 수전받아 소내부하에 공급 UAT는 정상 운전 중 주발전기에서 생산된 22 KV 의 전압을 소내 운전 기기들의 구동 전원 인 13.8 및 4.16kV으로 감압하는 기능입니다. 여기서 GCB 제너레이터 써킷 브레이커 가 있는냐에 따라 UAT 와 SAT의 기능이 달라짐니다. GCB 가 있는 경우 정상 운전 중의 모든 소내 부하는 UAT 로부터 공급 받습니다. 이때 SAT 나 SUT 는 S/B 상태를 유지하고 있읍니다. 하지만 GCB 가 없는 발전소의 경우 정상 운전 중 비안전 등급은 UAT에서 공급하고 안전 등급은 SUT(표준형의 경우 SAT)에서 공급합니다. 운전 중 발전기가 트립되면 GCB 가 없어서 발전기를 전력 계통과 차단할 수단이 없어서 UAT와 주변압기를 통해 소내 전원을 수전하지 못하고 SUT(SAT)를 통해 모든 소내 전원을 수전받습니다.

4.16kV Switchgear 기본구성 (GCB 有]

4.16kV Switchgear (GCB 無) SWGR TRIP

고압 분전반 (SWGR) 개 요 소내 대형 전기기기에 전원 공급 Metal Clad Type 배전반 종류 구성 비안전 13.8kV 고압분전반 : RCP, CWP 등 비안전관련 4.16kV 고압분전반 : 소내 냉동기 등 안전관련 4.16kV 고압분전반 : SIP, AFWP 등 구성 모선, 차단기, 보호계전기, 계기용 변성기 등으로 구성 (판서 설명) 모선, 차단기, 보호계전기, 계기용 변성기 등으로 구성 – (판서 설명)

고압분전반 사진 (표준형:영광5호기) 영광 5호기 고압 분전반 사진 입니다. 전면에 보이는 것들이 전체가 SWGR 고압 분전반이며 , 블록화 되어 있는 것이 하나의 SWGR 차단기 입니다.

중/저압 분전반 개 요 소내 중 소형 기기에 전원 공급 종류 구성 480V 부하 반(Load Center) : 중형 기기들에 전원공급 및 MCC 에 전원 공급 480V 전동기 제어반(Motor Control Center) : 전동기 구동밸브 등 소형 기기들에 전원공급 구성 모선, 차단기, 보호계전기 등으로 구성 중 저압 분전반은 SWGR 분전반 보다 낮은 전압에 사용됩니다.

480V 부하반 (Load Center) / 전동기제어반(MCC) (판서 설명) 주발전기 22KV -> UAT 4.16 KV -> 480 V 로 감압된 전압은 480V L/C 분전반에서 다시 각 부하로 분배 됩니다. 전면에 보이는 것들이 전체가 480V L/C 분전반이며 , 블록화 되어 있는 것이 하나의 L/C 차단기 입니다. SWGR 와 마찬가지로 한 개의 L/C 차단기의 판넬을 열면 내부를 볼 수 있읍니다.

원전 전기기기별 공급전압 부하종류 용 량 전원 공급원 차단기 주요부하 대형 250Hp 이상 SWGR MBB VCB GCB 용 량 전원 공급원 차단기 주요부하 대형 250Hp 이상 SWGR MBB VCB GCB RCP, CWP COP RHRP, LC 등 중형 60~250Hp 100~400kW LC ACB SFPCP, CRDM F, MCC 등 소형 60Hp 이하 100kW 이하 MCC MCCB+ Mag. SW 소형 MTR, MOV, Fan 등 Residual Heat Removal Pump molded-case circuit breaker

비상디젤발전기 개 요 발전소 내 및 소외 전원 상실 시 안전관련 4.16kV 모선에 비상전원공급 비상디젤 자동기동신호 소외전원상실 신호(LOVS, 해당모선 저 전압신호) 안전주입신호(SIS) 격납용기 살수신호(CV Pr Hi-Hi) : 표준형원전 보조급수 작동신호(AFAS) : 표준형원전 모선전원 상실 시 자동부하 차단 (Load Shedding)후 순차적 부하투입((Load Sequencing) 비상디젤발전기 과부하 방지 모선 전압강하에 따른 안전등급전동기 가속 지연 방지

비상디젤발전기 설계기준 기동신호 발생 후 10초 이내에 정격전압(4,160±416V), 정격주파수(60±1.2㎐)에 도달 공학적 안전설비 작동신호(SIAS, AFAS, CSAS) 발생시 자동기동 중복성 및 물리적, 전기적 독립성이 유지 내진 설계 및 주기적 시험이 가능할 것 2대의 비상디젤발전기 각각의 보조계통도 상호 독립적일 것

비상디젤발전기 사진

무정전전원 공급계통 (UPS) 개 요 UPS : Uninterruptible Power Supply System 원자력발전소 안전정지 및 안정적 운전에 필수적인 계측 및 제어계통에 전원공급 구성 직류전원 공급계통 계측 및 제어전원 공급계통 무정전 전원 계통은 따로 수업 시간이 예정되 있어 여기서는 살짝만 언급하고 넘어 가겠읍니다. 무정전 전원 계통은 원자력발전소 안전정지 및 안정적 운전에 필수적인 계측 및 제어계통에 전원공급 합니다.

무정전전원 공급계통 기본구성 I&C Power System DC Power System Reg. TR 480V MCC RPS Transfer Switch 480V MCC Reg. TR DP Panel RPS DC Power System ESFAS DC MCC Charger Charger Inverter Inverter PCS CHARGER 는 AC 를 DC 로 바꾸어 주는 정류기로서 DC 125V MCC 모선을 가압함과 동시에 DC BATTERY 또한 가압 합니다. BATTERY 특성상 어느정도 까지는 충전 되지만 자기 용량이 차면 더 이상 충전되지 않습니다. DC MCC 모선에서 DC 부하들에 전원을 공급하고, DC 는 다시 INVERTER 를 통해 AC 110V 로 변환됩니다. CHARGER 가 고장나면 BATTERY가 전원을 공급하여 DC 125V MCC 모선을 가압하고, INVERTER 를 통해 AC 110V로 변환됩니다. BATTERY 마저 고장 나면 Reg. Tr 를 통해 480v 가 AC 110V 로 감압되어 부하에 공급됩니다. Battery

표준형원전 무정전전원계통 원전소내전력계통과 UPS

직류전원 공급계통 개 요 직류전원 종류 직류전원 공급계통 구성 충전기 기능 축전지 기능 안전등급 125V DC, 비 안전등급 125V / 250V DC 직류전원 공급계통 구성 충전기, 축전지, 직류제어반 충전기 기능 교류를 직류로 변환 ⇒ 직류부하에 전원공급과 동시에 축전지 충전 축전지 기능 정상 시 전기에너지를 화학에너지로 변환시켜 저장 외부전원(충전기 출력) 상실 시 인버터에 직류전원 공급

계측 및 제어전원 공급계통 개 요 인버터, 대체전원 조절변압기, 절체스위치, 분전반 인버터의 기능 대체전원 조절변압기 전력용 반도체 소자의 스위칭작용을 이용하여 직류를 교류로 변환하는 장치 대체전원 조절변압기 인버터 출력전압 상실 시 부하 측에 대체전원 공급하는 자동전압조정 변압기 절체스위치 인버터와 대체전원 조절변압기 간에 무정전으로 전원을 절체하는 장치