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2016년 경주, 2017년 포항 지진 이후 내진설계는 건축 구조만의 이야기가 아니게 됐습니다. 건물 골조가 멀쩡해도 배전반이 넘어지거나 케이블트레이가 떨어지면 정전과 화재로 이어지고, 비상발전기가 밀려나면 소방설비까지 멈춥니다. 전기설비는 건축물 내진설계기준(KDS 41 17 00)에서 "비구조요소"로 분류되는데, 어떤 설비가 대상이고 어떤 설비가 빠지는지, 지진력은 어떻게 잡는지가 한 번에 정리된 자료가 많지 않습니다. 전기 설계자 입장에서 알아야 할 기준을 적용 대상부터 설비별 고정 포인트까지 순서대로 정리해보겠습니다.
어떤 기준을 따르나 — 건축물 내진등급과 비구조요소
건축물 내진설계기준(KDS 41 17 00)은 건물의 구조체뿐 아니라 비구조요소까지 다룹니다. 비구조요소는 구조해석에서 빠지는 구성요소를 말하는데, 칸막이벽이나 천장 같은 건축비구조요소와 배관, 덕트, 전기설비 같은 기계·전기비구조요소로 나뉩니다. 전기설비의 내진설계는 이 기준의 18장을 따르고, 설계 절차도 18장 안의 전기설비 항목에 정리돼 있습니다.
출발점은 건물의 내진등급입니다. 건물 중요도에 따라 내진특등급, 내진I등급, 내진II등급으로 나뉘고, 등급별로 목표 성능과 재현주기가 다릅니다. 예를 들어 내진I등급은 재현주기 2,400년 지진에 붕괴방지, 1,400년 지진에 인명보호 수준을 목표로 합니다. 내진등급은 구조 설계자가 정하므로, 전기 설계자는 구조 계산서에서 내진등급과 설계스펙트럼가속도(SDS) 값을 받아서 시작하면 됩니다.
| 내진등급 | 성능목표 (재현주기 → 성능수준) |
|---|---|
| 특등급 | 2,400년 → 인명보호 / 1,000년 → 기능수행 |
| I등급 | 2,400년 → 붕괴방지 / 1,400년 → 인명보호 / 100년 → 기능수행 |
| II등급 | 2,400년 → 붕괴방지 / 1,000년 → 인명보호 / 50년 → 기능수행 |
적용 대상과 제외 조건 — 중요도계수 Ip가 기준
비구조요소의 중요도계수 Ip는 기본이 1.0이고, 특정 조건에서 1.5가 됩니다. 인명안전을 위해 지진 후에도 반드시 작동해야 하는 요소(소화배관, 스프링클러 등)와 피난경로 확보에 지장을 주는 요소(비상유도등 등), 일정량 이상의 독성·폭발성 물질을 저장·지지하는 요소, 그리고 내진특등급 건물에서 시설 기능 유지에 필요한 요소가 Ip 1.5 대상입니다. 전기 쪽에서는 소방설비에 전원을 공급하는 설비나 유도등이 여기에 걸리는지 먼저 확인합니다.
| 구분 | 조건 | 내진설계 |
|---|---|---|
| 반드시 대상 | 중요도계수 Ip = 1.5인 비구조요소 | 18장에 따라 설계 |
| 제외 ① | Ip = 1.0, 바닥에서 설치 높이 1.2m 이하, 중량 1,800N 이하, 덕트·파이프 연결부가 유연한 재료 | 18장 설계 불요 |
| 제외 ② | 중량 100N 이하, 단위 길이당 중량 70N/m 이하 | 18장 설계 불요 |
| 그 밖 | 위 어디에도 해당하지 않는 요소 | 건축주와 협의 |
표를 보면 알 수 있듯이, Ip 1.0이면서 제외 조건에 딱 들어맞지 않는 설비는 "건축주와 협의"로 남습니다. 대부분의 수배전반이나 대형 분전반은 1,800N(약 180kg)을 쉽게 넘기 때문에 제외 조건에 해당하지 않고, 결국 협의 대상이 됩니다. 실무에서는 이런 설비를 협의로 빼기보다 내진 대상으로 설계하는 쪽으로 정리되는 경우가 많습니다.
설계지진력과 정착부 — 층이 높을수록 커지는 힘
비구조요소에 작용하는 수평 설계지진력은 등가정적 형태의 식으로 계산합니다. 설비 무게에 설계스펙트럼가속도를 곱하고, 설비의 동적 특성과 설치 높이를 반영하는 구조입니다.
여기서 Wp는 설비의 운전 중량, ap는 증폭계수, Rp는 반응수정계수로 설비 종류별로 표에 정해진 값을 씁니다. z는 설비가 설치된 높이, h는 건물의 평균 지붕 높이입니다. 계산값에는 상한과 하한이 있어서, 계산 결과가 너무 크거나 작으면 그 범위 안으로 조정합니다. (1 + 2z/h) 항 때문에 같은 설비라도 옥상에 두면 지하보다 최대 3배까지 지진력이 커집니다. 옥상 변압기나 옥상 태양광 인버터처럼 높은 곳에 두는 설비일수록 고정 상세를 더 신경 써야 하는 이유입니다.
이렇게 구한 지진력은 결국 설비를 바닥이나 벽에 붙잡는 정착부(앵커)로 전달됩니다. 정착부에 작용하는 하중을 계산할 때 Rp는 6을 넘지 않도록 하고, 콘크리트 앵커 내력은 콘크리트용 앵커 설계기준(KDS 14 20 54)을 따릅니다. 후설치 앵커는 모의지진실험에 근거해 인증된 제품을 써야 하고, 편심과 프라잉 효과, 앵커 그룹 내 하중 분배도 고려해야 합니다. 특히 450N을 초과하는 장비의 정착부는 제조사가 인증하지 않았다면 개별적으로 안전성을 검토해야 합니다.
설비별 고정 포인트 — 변압기, 배전반, 축전지, 케이블트레이
변압기와 수배전반
건식 변압기는 외함만 고정해서는 부족하고, 내부 코일이 외함 안의 하부 지지구조에 제대로 고정돼 있어야 합니다. 변압기 소음과 진동 때문에 방진패드나 방진스프링 위에 올리는 경우가 많은데, 방진장치는 지진 때 오히려 설비가 크게 흔들리게 만들 수 있어서 수평 이동을 잡아주는 스토퍼(스너버)를 함께 둡니다. 배전반은 하부 앵커와 함께 키가 큰 반은 상부를 벽이나 구조체에 연결해 전도를 막고, 돌출형 인출 선반이 있는 장비는 걸쇠로 고정해야 합니다.
축전지
선반 위 축전지는 떨어지지 않도록 둘러싸는 고정장치로 잡고, 고정장치와 축전지 사이에는 스페이서를 둬서 용기끼리 부딪혀 깨지는 것을 막아야 합니다. 선반 자체도 충분한 횡하중 저항능력이 있어야 합니다. UPS실이나 수변전실 축전지는 제조사 표준 가대가 내진 인증을 받았는지부터 확인합니다.
케이블트레이, 버스덕트, 전선관
길게 이어지는 배선설비는 행거만으로는 좌우 흔들림을 잡지 못해서 일정 간격마다 내진 브레이싱을 설치합니다. 가장 주의할 곳은 서로 다른 구조물 사이를 지나는 구간입니다. 설계기준에서도 서로 다른 구조물 사이에 연결된 설비와 관로에서 생기는 하중을 평가하도록 하고 있는데, 건물 익스팬션 조인트나 별동 연결 구간을 지나는 케이블트레이와 버스덕트는 두 구조물이 따로 움직이는 변위를 흡수할 수 있도록 가요성 연결부나 여유 길이를 둬야 합니다. 면진 건물이라면 면진층을 지나는 배선도 상대변위를 수용하도록 설계해야 합니다.
소방시설 내진설계 기준 — 제어반과 비상전원
일정 규모 이상 건축물에 옥내소화전설비, 스프링클러설비, 물분무등소화설비를 설치하면 소방청 고시인 「소방시설의 내진설계 기준」도 적용됩니다. 이 기준은 지진이 발생해도 소방시설이 정상적으로 작동하도록 하는 것이 목적이라서, 전기 설계자와 직접 관련된 항목이 제어반과 비상전원입니다.
제어반은 기준에서 정한 방법으로 지진하중을 계산해 앵커볼트로 고정하고, 내력벽·바닥·기둥 같은 구조부재에 고정해야 합니다. 바닥에 세우는 경우에는 전도되지 않아야 하고, 지진 후에도 기능이 유지되어야 합니다. 다만 제어반 하중이 450N 이하이고 내력벽이나 기둥에 설치하는 경우에는 직경 8mm 이상 고정용 볼트 4개 이상으로 고정할 수 있습니다. 비상전원 역시 지진 시 전도되지 않도록 설치해야 하므로, 비상발전기는 방진 스프링 위에 올리더라도 스토퍼로 수평 이동과 전도를 잡아야 합니다.
자주 묻는 질문
Q. 조명기구나 콘센트 같은 작은 기구도 내진설계를 해야 하나요?
중량 100N 이하이면서 단위 길이당 중량이 70N/m 이하인 요소는 18장의 설계 대상에서 제외됩니다. 다만 비상유도등처럼 피난경로 확보와 관련돼 Ip 1.5가 적용되는 기구는 무게와 관계없이 대상이 될 수 있으니 용도를 먼저 확인해야 합니다.
Q. 제조사가 내진 인증서를 제출하면 따로 계산하지 않아도 되나요?
450N을 초과하는 장비의 정착부는 제조사가 인증한 경우 개별 검토를 대신할 수 있습니다. 다만 인증서의 시험 조건(설치 높이, 지진 가속도 수준 등)이 실제 설치 조건을 포괄하는지는 확인해야 합니다.
Q. 방진과 내진은 같은 건가요?
방진은 설비의 진동이 건물로 전달되지 않게 막는 것이고, 내진은 지진 때 설비가 움직이거나 넘어지지 않게 잡는 것이라 목적이 반대에 가깝습니다. 그래서 방진장치 위에 올린 설비는 스토퍼로 내진 성능을 따로 확보해야 합니다.
전기설비 내진설계는 계산 자체보다 "어떤 설비가 대상인지"와 "어디에 어떻게 고정하는지"를 도면에 정확히 남기는 일이 더 중요합니다. 구조 담당에게 내진등급과 SDS를 받고, 설비별로 적용 대상 여부를 목록으로 정리한 뒤, 앵커와 브레이싱 상세를 인증 제품 기준으로 명시하면 대부분의 검토를 무리 없이 통과할 수 있습니다. 기준은 개정이 이어지고 있으니 설계를 시작할 때 최신 버전을 한 번 확인하시길 권합니다.