LR 선급 전기 설비 검토 포인트 상세 실무 해설

현장에서는 설계와 시공 사이에서 검증 기준이 불분명해 비용과 일정이 초과되는 경우가 많다. LR 선급이 제시하는 전기 설비 검토 포인트를 명확히 이해하면 이러한 위험을 사전에 차단할 수 있다. 아래 체크리스트는 작업 흐름을 ‘준비 → 판단 → 시공/작성 → 검증’ 순으로 구성해 실무 적용성을 높였다.

준비: 설계 도면과 규격 매핑

먼저 설계 단계에서 확보한 전기 설비 도면을 LR 규정과 IEC 표준에 대조한다. LR 규정에서는 IEC 60092‑1(선박 전기 설비 일반 요구사항)과 IEC 60364‑5‑52(전압 등급·보호 구역) 적용을 명시하고 있다. 도면에 표시된 전압 등급, 차폐·접지 방식, 케이블 종류, 배선 경로 등을 각각 대응 표에 기록한다. 예를 들어 450 V 이하 전압 구역은 IEC 60364‑5‑52 §4.2‑1에 따라 저전압(≤ 1000 V)으로 분류되며, 이 경우 LR 규정 2.3.4‑A 항목에 따라 차폐 케이블 사용이 권고된다.

다음으로 IEC 60079‑10‑1(방폭 구역 분류)과 LR 규정 3.5‑B를 참고해 위험 구역(Zone 0, 1, 2) 표시를 검증한다. 도면에 ‘Zone 1’으로 표시된 공간이 실제로 가연성 가스가 존재할 가능성이 있는 경우, 해당 구역에 적용되는 방폭 설비(Ex‑d, Ex‑e 등)의 등급을 확인한다.

도면에 포함된 케이블 트레이·배관·전동기 배치도는 IEC 61537‑1(케이블 트레이 설계)과 LR 규정 4.2‑C에 따라 최소 간격·하중을 만족해야 한다. 트레이 간격이 150 mm 미만이거나 하중이 250 kg m⁻¹를 초과하면 재설계가 필요하다.

마지막으로 모든 설계 요소가 최신 개정판(2023년 이후) IEC 표준에 부합하는지 확인한다. 표준 버전 차이로 인한 요구사항 변동이 있을 경우, LR 규정에서는 최신 버전을 우선 적용하도록 명시하고 있다.

• 도면에 표시된 전압 등급이 IEC 60092‑1 및 IEC 60364‑5‑52와 일치하는가?
• 위험 구역(Zone 0‑2) 표시가 IEC 60079‑10‑1에 따라 정확히 구분되었는가?
• 케이블 트레이·배관 배치가 IEC 61537‑1에서 제시한 최소 간격·하중을 만족하는가?
• 사용된 표준이 2023년 이후 최신 개정판인지 확인했는가?

판단: 전류 부하 계산

전류 부하 계산은 설계 전압, 부하 종류, 연속 운전 시간 등을 고려해 전선 단면을 산정한다. IEC 60364‑5‑52‑1에 따르면 전선의 허용 전류는 전압 등급·절연 재료·설치 방식에 따라 결정된다. 예시로 3상 380 V, 50 kW 부하가 2 시간 연속 운전된다고 가정하면, 부하 전류는 다음과 같이 계산한다.

여기서 PF(역률)는 일반적인 선박 전동기 기준 0.85로 적용한다. 계산된 전류 75 A에 대해 IEC 60364‑5‑52‑1 표 4‑2에 따라 적절한 전선 단면을 선택한다. 구리 도체, PVC 절연, 파이프 내 설치 조건이면 25 mm² 전선이 허용 전류 87 A를 제공하므로 충분히 만족한다.

만약 전선이 트레이 위에 직접 배치되는 경우, IEC 61537‑1에 따라 열 방출을 고려해 전선 단면을 10 % 여유로 증가시킨다. 따라서 최종 선택 전선은 28 mm²(25 mm² × 1.1)로 설계한다.

전류 부하가 급격히 변동하는 경우(예: 가변 부하 시스템)에는 IEC 61508‑3에서 제시한 기능 안전 요구사항에 따라 부하 변동률을 20 % 이하로 제한한다. 이는 전선 과열 및 보호 장치 오동작을 방지한다.

• 계산된 부하 전류가 IEC 60364‑5‑52‑1 표에 따른 허용 전류를 초과하지 않는가?
• 트레이 위 배치 시 전선 단면에 10 % 여유를 적용했는가?
• 전압 등급·절연 재료·설치 방식이 IEC 60364‑5‑52‑1에 명시된 조건과 일치하는가?
• 부하 변동률이 IEC 61508‑3에서 권고하는 20 % 이하인지 검증했는가?

판단: 절연 및 방폭 등급 선정

전압 등급과 위험 구역을 바탕으로 IEC 60079‑0(방폭 설비 일반 원칙)과 LR 규정 5.1‑C에 따라 적절한 절연·방폭 등급을 선정한다. 전압이 450 V 이하인 경우, Ex‑d(방폭용 차폐)와 Ex‑e(방폭용 인클로저) 중 선택이 필요한데, 이는 구역 위험도에 따라 결정된다.

예를 들어 Zone 1 구역에 설치되는 전동기는 IEC 60079‑10‑1에 의해 Ex‑d 등급이 요구된다. 이는 차폐형 방폭 설비가 가연성 가스 누출 시 내부 온도 상승을 제한하도록 설계된 것을 의미한다. 반면 Zone 2 구역에서는 Ex‑e 등급이 허용되며, 인클로저 내부 온도가 외부보다 200 °C 이하로 제한된다.

절연 재료 선택은 IEC 60364‑5‑52‑1 표 4‑1에 따라 구리·PVC 절연이 450 V 이하 전압에 적합함을 확인한다. 고전압 구역(> 1 kV)에서는 XLPE(교차 결합 폴리에틸렌) 절연이 필요하고, 이는 IEC 60364‑5‑52‑2에 명시된 전압 등급별 절연 요구사항을 만족한다.

방폭 등급과 절연 재료가 모두 일치하면 LR 규정 5.2‑A에 따라 시험 인증서(Ex‑d, Ex‑e)와 함께 설치 검증을 수행한다. 인증서가 없거나 등급이 미달인 경우, 재설계 및 재인증 절차를 진행한다.

• 구역 위험도(Zone 0‑2)에 맞는 IEC 60079‑10‑1 등급을 적용했는가?
• 전압 등급에 따라 IEC 60364‑5‑52‑1 표준 절연 재료를 선택했는가?
• Ex‑d·Ex‑e 인증서가 현장에 구비되어 있는가?
• 고전압 구역에서는 XLPE 절연을 적용했는가?

시공: 케이블 트레이 설치

케이블 트레이 설치는 IEC 61537‑1(케이블 트레이 설계·시공)과 LR 규정 4.3‑B를 근거로 검증한다. 트레이 간격은 최소 150 mm, 하중은 250 kg m⁻¹ 이하가 기준이며, 이는 트레이 구조물의 변형을 방지하고 열 방출을 확보하기 위함이다.

예시로 28 mm² 전선을 3개가 동시에 배치되는 트레이를 설계한다고 가정한다. 각 전선의 외경은 약 12 mm이며, 전선 간 최소 간격 20 mm를 유지한다. 트레이 폭은 400 mm, 높이는 150 mm, 길이는 10 m이며, 하중은 다음과 같이 계산한다.

1. 전선 단면당 무게 = 0.022 kg m⁻¹·(전선 길이 10 m) = 0.22 kg
2. 전선 3개 총 무게 = 0.22 kg × 3 = 0.66 kg
3. 트레이 자체 무게 = 20 kg m⁻¹·10 m = 200 kg
4. 총 하중 = 200 kg + 0.66 kg ≈ 200.7 kg → 200.7 kg ÷ 10 m = 20.07 kg m⁻¹

계산 결과 트레이 하중은 20 kg m⁻¹으로, IEC 61537‑1이 제시한 250 kg m⁻¹ 한도에 크게 낮다. 따라서 구조적 보강이 필요하지 않다. 다만 트레이 간 간격이 150 mm 미만이면 열 축적 위험이 있으므로, 최소 180 mm 간격을 유지하도록 설계한다.

시공 단계에서는 트레이 고정 볼트와 지지대가 부식 방지를 위해 ASTM A131(해양용 스테인리스) 규격을 만족하는지 확인한다. 또한 트레이와 전선 사이에 적절한 차폐(예: 알루미늄 호일)와 접지 연결이 이루어졌는지 검증한다.

• 트레이 간격이 IEC 61537‑1 최소 150 mm를 초과했는가?
• 총 하중이 250 kg m⁻¹ 이하인지 계산했는가?
• 고정 부품이 ASTM A131 규격을 만족하는 부식 방지 재질인가?
• 전선 차폐와 접지 연결이 적절히 이루어졌는가?

시공: 접지 및 보호 장치 배치

접지는 전기설비의 안전성을 확보하는 가장 기본적인 방어수단이다. IEC 60092‑3 §4.2에 따르면 선박 전기설비의 접지 저항은 0.5 Ω 이하이어야 하며, 이는 인명 보호와 전기적 고장 시 전류 흐름을 제한하기 위한 최소 조건이다. 접지 저항이 이 값을 초과하면 고장 전류가 충분히 흐르지 않아 차단기가 제동되지 않을 위험이 있다. 따라서 설계 단계에서 접지 전극의 개수·배치·연결 방식을 최적화하고, 시공 단계에서 실제 저항을 측정한다.

접지 전극은 보통 선체 구조에 직접 용접하거나, 전기 절연이 보장된 부위에 부식 방지 처리를 한 뒤 설치한다. 전극 간 거리는 최소 1 m 이상 확보하고, 전극과 전원 장비 사이의 접지선은 IEC 60364‑5‑53에 따라 최소 25 mm² 구리 도체를 사용한다. 전극 간 연결은 저항을 최소화하기 위해 동박 라운드 형식으로 수행한다.

보호 차단기의 배치는 IEC 60364‑4‑41에 따라 과전류·단락 전류에 대한 선택적 차단을 보장하도록 설계한다. 차단기 정격 전류는 설계 부하의 최대 연속 전류의 125 %를 초과하지 않도록 선정한다. 예를 들어, 설계 부하가 200 A인 경우 차단기 정격은 250 A 이하가 적정한다.

다음은 접지 저항 측정 및 차단기 선정 절차를 순서대로 정리한 표이다.

• 접지 전극 간 거리가 1 m 이상 유지되었는가?
• 접지 전극 연결 방식이 저항 ≤ 0.1 Ω를 만족하는가?
• 현장 측정 접지 저항이 0.5 Ω 이하인지 확인했는가?
• 보호 차단기의 정격이 부하 전류의 125 % 이하인지 검증했는가?

시공: 방폭 구역 내 배선

방폭 구역은 가연성 가스·증기가 존재할 가능성이 있는 공간을 의미한다. IEC 60079‑7은 Zone 0, 1, 2 구역별로 사용 가능한 케이블 종류와 차폐·피복 요구사항을 규정한다. Zone 0에서는 가스가 지속적으로 존재하므로 최소 0 g/m³ 이하의 폭발 위험을 가진 “Ex d (전기적 방폭)” 케이블을 사용해야 하며, 차폐는 최소 2 mm 두께의 금속 피복이 요구된다. Zone 1·2에서는 “Ex e (증가된 안전)” 혹은 “Ex i (내부 차단)” 등 등급의 케이블을 적용할 수 있다.

선박 구조상 방폭 구역은 주로 연료 탱크, 엔진실, 화물실 등에 위치한다. 이들 구역에 배선할 때는 케이블 트레이(IEC 61537) 대신 방폭 인증을 받은 케이블 덕트를 사용한다. 케이블 트레이의 경우 최소 50 mm 간격을 유지하고, 트레이 자체가 금속 차폐 구조를 갖추어야 한다. 또한, 케이블 고정 클램프는 전기적 절연이 보장된 재질(예: 폴리이미드)로 선택한다.

전압 등급은 일반적으로 660 V 이하로 제한한다. 이는 IEC 60364‑4‑41에 따른 전압 한계와 일치한다. 차단기와 퓨즈는 방폭 구역 외부에 설치하되, 구역 내부에서 발생할 수 있는 과전류를 차단하도록 설계한다.

다음은 Zone 0·1·2 구역별 케이블 선택 기준을 정리한 표이다.

• Zone 0 구역에 Ex d 케이블을 사용했는가?
• 각 구역별 피복 두께가 규정값 이상인지 확인했는가?
• 케이블 트레이·덕트가 IEC 61537 기준을 충족하는가?
• 전압이 660 V 이하로 제한되었는가?

작성: 시험·시운전 기록

전압·전류 시험은 IEC 60364‑6에 명시된 절차에 따라 수행한다. 시험 전에는 설비가 정상 작동 상태이며, 부하가 없는 상태에서 개시 전압을 1.1 배로 상승시켜 전압 강하와 절연 저항을 확인한다. 예를 들어, 설계 전압이 380 V인 3상 시스템이라면 시험 전압은 418 V가 된다.

전류 시험은 부하 전류의 150 %를 흐르게 하여 차단기·퓨즈의 동작 시간을 측정한다. 가령 200 A 부하에 대해 300 A 전류를 0.2 s 내에 차단해야 한다. 시험 결과는 LR P‑102 양식에 기록하며, 각 항목은 다음과 같이 구분한다.

1. 시험 전압·전류 설정값
2. 측정된 전압·전류 값
3. 절연 저항(≥ 1 MΩ) 및 차단기 동작시간(≤ 0.2 s)
4. 시운전 로그: 시동·정지·비상정지 절차와 발생한 알람

시운전 로그는 LR P‑104 양식에 따라 시간순으로 기록한다. 로그에는 각 단계의 시작·종료 시각, 운영자 서명, 발생 알람 번호 및 대응 조치가 포함된다. 기록된 데이터는 추후 검증 단계에서 자동화된 검토 툴에 입력되어 누락 항목을 자동 감지한다.

다음은 시험·시운전 기록 예시를 표로 정리한 것이다.

• 전압 시험값이 설계 전압의 1.1배로 설정되었는가?
• 전류 시험값이 부하 전류의 150 %로 설정되었는가?
• 절연 저항이 1 MΩ 이상 기록되었는가?
• 차단기 동작시간이 0.2 s 이하였는가?
• 시운전 로그가 LR P‑104 양식에 따라 시간순으로 기록되었는가?

검증: LR 검토 체크리스트 적용

LR 검증 단계에서는 DNV GL‑R‑001 및 LR P‑101 체크리스트를 기반으로 설계·시공·시험 기록을 종합적으로 검토한다. 체크리스트는 크게 4개 영역(접지·보호, 방폭 배선, 시험·시운전, 문서화)으로 구분되며, 각 영역마다 최소 5개의 핵심 항목이 포함된다. 누락 항목이 1개라도 존재하면 설비는 인증 대상에서 제외된다.

검증 절차는 다음과 같다. 첫째, 설계 도면과 현장 사진을 대조하여 접지 전극·보호 차단기의 위치가 설계와 일치하는지 확인한다. 둘째, 방폭 구역 내 케이블 종류와 피복 두께가 IEC 60079‑7에 부합하는지 검증한다. 셋째, 시험·시운전 기록이 LR P‑102·P‑104 양식에 정확히 입력되었는지 확인한다. 마지막으로, 모든 기록이 전자 서명·타임스탬프와 함께 보관되었는지 점검한다.

다음은 검증 체크리스트 예시이며, 각 항목은 “충족”, “미충족”, “보완 필요” 중 하나로 판정한다.

• 접지 저항 측정값이 0.5 Ω 이하인지 확인했는가?
• Zone 0 구역에 Ex d 케이블이 설치되었는가?
• 절연 저항이 1 MΩ 이상 기록되었는가?
• 시험·시운전 로그에 전자 서명·타임스탬프가 포함되었는가?
• 모든 체크리스트 항목이 “충족” 판정되었는가?

검증: 기능 안전 SIL 검증

기능 안전 등급(SIL)은 IEC 61508 시리즈에서 정의된 위험 감소 요구사항을 충족하는지 평가한다. SIL 1~4 중 적용 대상 설비는 위험 분석 결과에 따라 결정되며, 각 등급마다 최소 요구되는 고장률(λ_SAFE)이 존재한다. 예를 들어 SIL 2 등급은 λ_SAFE ≤ 10⁻⁶ h⁻¹, SIL 3 등급은 λ_SAFE ≤ 10⁻⁷ h⁻¹가 일반적인 한계이다(IEC 61508‑3, 6.4.2).

선박 전기 설비에 적용되는 경우 IEC 60092‑1 및 LR 규정 “Electrical Installation”에 따라 위험 평가를 수행하고, 위험 감소 목표(RR)와 대응하는 SIL을 산정한다. 위험 분석 단계에서 도출된 고장 모드별 고장률을 실험 데이터와 비교할 때, 실험 조건은 IEC 60092‑2 “Cable Systems”에서 제시한 온도·습도·진동 시험을 그대로 적용한다. 가령 3상 380 V·50 kW 부하 회로에 대한 고장률 실험 결과가 8 × 10⁻⁷ h⁻¹이라면, 이는 SIL 2(≤ 10⁻⁶ h⁻¹) 기준을 만족하지만 SIL 3(≤ 10⁻⁷ h⁻¹)에는 미달한다.

다음 표는 가정된 부하와 시험 결과를 바탕으로 SIL 검증 절차를 요약한다.

검증 과정에서 반드시 기록해야 할 항목은 다음과 같다. 첫째, 시험 환경(온도 25 °C, 습도 60 %RH, 진동 G‑level 1.5)과 시험 장비(IEC 60092‑2 규격 케이블 시험기) 사양을 상세히 명시한다. 둘째, 고장률 산출에 사용된 통계 모델(Weibull 분포, 신뢰수준 95 %)와 파라미터 값을 문서화한다. 셋째, IEC 61508‑3 부록 A에서 제시한 검증 절차(시험‑분석‑재검증 순환)를 준수했는지 확인한다.

위와 같은 검증이 완료되면, SIL 2 수준이 공식적으로 인증되며, 설계 변경이 필요할 경우 추가 시험을 통해 SIL 3 목표 달성을 재검증한다.

• 시험 환경(온도·습도·진동)과 장비 사양을 기록했는가?
• 고장률 모델과 파라미터를 명시했는가?
• IEC 61508‑3 검증 절차를 모두 수행했는가?
• 산출된 고장률이 목표 SIL 등급 한계 내에 있는가?

검증: 최종 승인 문서 작성

LR 승인을 위한 최종 보고서는 IEC 60092‑1·2·3 규정과 LR Class Report Template을 기준으로 구성한다. 보고서는 크게 ① 프로젝트 개요, ② 설계 사양, ③ 검증 결과, ④ 위험 분석·SIL 검증, ⑤ 시험 보고서·첨부 자료, ⑥ 결론·승인 요청 순으로 배열한다. 각 장은 해당 규격 번호와 페이지 번호를 명시하고, 모든 수치는 SI 단위로 통일한다.

예시로 3 kV·200 kVA 전력 시스템을 기준으로 하면, 설계 사양은 IEC 60364‑5‑52 ‘Power Cables’에 따라 전압 강하 ≤ 3 %와 단락 전류 차단기 해제 시간 ≤ 0.2 s를 만족하도록 설계한다. 위험 분석에서는 IEC 61508‑3 ‘Systematic Capability’ 항목에 따라 고장 모드 별 확률을 산출하고, 앞서 검증한 SIL 2 결과를 첨부한다. 시험 보고서는 IEC 60092‑2 ‘Cable Testing’ 절차에 따라 수행한 절연 저항·전압 시험 결과(절연 저항 ≥ 10 MΩ, 고전압 5 kV 시험 합격)를 포함한다.

다음은 최종 보고서 목차와 각 항목에 포함될 핵심 데이터의 예시이다.

1. 프로젝트 개요 – 선박 종류, 전력 요구량, 적용 규격(IEC 60092‑1, LR Reg 3‑03).
2. 설계 사양 – 전압 3 kV, 전류 200 A, 케이블 종류(IEC 60502‑1 구조 2), 절연 저항 ≥ 10 MΩ.
3. 검증 결과 – 고장률 8 × 10⁻⁷ h⁻¹, SIL 2 인증, 시험 온도 25 °C.
4. 위험 분석·SIL 검증 – 위험 감소 목표 RR = 10⁻⁶ h⁻¹, 안전 계수 1.2.
5. 시험 보고서·첨부 – 절연 시험(5 kV 30 s 합격), 전류 차단 시험(0.18 s 합격).
6. 결론·승인 요청 – 모든 IEC·LR 기준 충족, 최종 승인 요청.

문서 작성 시 반드시 확인해야 할 사항은 다음과 같다. 첫째, 모든 수치는 최신 시험 결과와 일치해야 하며, 부정확한 추정값은 사용하지 않는다. 둘째, 각 항목마다 해당 IEC·LR 규정 번호를 주석 형태(예: [IEC 60092‑2])로 명시한다. 셋째, 첨부 자료는 원본 PDF·이미지 파일 형태로 별도 보관하고, 보고서 본문에서는 파일명과 페이지 번호만 언급한다. 마지막으로, 보고서 최종 서명란에는 담당 설계자·검증 담당자·LR 승인 담당자의 서명을 포함한다.

• 보고서 각 장에 적용된 IEC·LR 규정 번호를 명시했는가?
• 시험 결과와 설계 사양이 일치하는가?
• 첨부 자료가 원본 형태로 보관되고, 파일명·페이지를 명시했는가?
• 최종 서명란에 모든 책임자 서명이 포함됐는가?

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