수배전설비의전력관리 에너지관리공단 에너지진단실부장 이용신
목차 I II III IV V 제 1장변전실의건설제 장최대수요전력관리제 3장역률관리제 4장변전설비의부하율관리제 5장전력관리에필요한기본사항
제 1 장변전실의건설 1. 변전설비의위치와설비. 건축상의고려 3. 도체의이격거리 4. 변전실의넓이
1. 변전설비의위치와설비 (1) 위치 빌딩의경우는대체로입체적이고, 공장의경우는평면적으로부하가분산되므로, 변전설 비의위치선정이중요하다. 이경우에는다음과같은고려가필요하다. 1) 될수있는데로부하의중심에가까운위치를선정한다. 이것은전력손실, 전압강하및 배전설비가적게된다. ) 외부로부터의송전선의인입이손쉬어야한다. 3) 기기의반출입에지장이없을것. 4) 지반이좋고침수, 기타의재해가일어날염려가적을것. 5) 주위에화재, 폭발등의위험성이있는것이적을것. 6) 염해, 유해가스등의발생이적을것. 7) 종합적으로경제적일것.
1. 변전설비의위치와설비 () 설비 1) 기기의발열에대하여충분한환기량을가질것. ) 빌딩의지하실에변전실을설치할경우에는빌딩내에침수될경우, 기기가침수되지않도록충분한배수설비를한다. 3) 기기에나쁜영향을주는습기나먼지가없도록한다. 4) 기기의조작과보수에충분한조명을실시한다. 5) 보수원이상주할경우에는냉방이바람직하다.
. 건축상의고려 1) 기기에대하여충분한천정높이를가질것. 고압의경우, 천정높이는보아래 3.0m이상이며, 특고압의 0 ~ 30kV의경우보아래 4.5m이상으로한다. ) 바닥하중은변압기, 콘덴서등의중량물에견디는구조로한다.(500 ~ 1000kg/ cm ) 3) 바닥에는케이블, 피트, 배관등을고려하여콘크리트를 00~300mm로한다. 4) 완전한방화구획으로하고옆방과의벽은콘크리이트조, 또는불럭조의벽으로한다. 5) 출입구의문은갑종, 또는을종방화문으로하고문의나비, 높이는기기반출입이용이한크기로한다. 5/7
3. 도체의이격거리 전압 옥내 옥외 도체상호간 도체와대지간 도체상호간 도체와대지간 kv 구별 평행간격 교차간격 대지간격 모선최저고 최저고 구별 평행간격 교차간격 대지간격 모선최저고 최저고 3 표준최소 00 100 10 70 100 60 3,000,500,00 표준최소 500 400 350 50 00 150 4,000 3,500,00 6 표준최소 40 150 150 100 10 70 3,000,500,00 표준최소 500 400 400 300 00 150 4,000 3,500,00 10 표준최소 300 00 00 10 160 90 3,000,500,00 표준최소 600 500 450 350 300 00 4,000 3,500,00 0 표준최소 450 350 350 00 50 160 3,500 3,000,00 표준최소 650 500 650 500 400 300 4,000 3,500,00 만약건물의공간상거리를취할수없을경우에는도체를절연물로피복하든가 절연판이나통으로격벽을설치한다. 또한, 충전부에는사람이닫지않도록보호망을설치.. 6/7
4. 변전실의넓이 종래에는대체로다음식이사용되었음. 소요면적 = 3.3 변압기용량 [kva] 최근의빌딩의실적을기초로한조사에의하면보통고압수전의경우에서 고압전동기가없는경우 y =.5 고압전동기가있는경우 y = 0.194 X0.5 X 0.89 여기서 y 는변전실면적 ( m ), x 는변압기용량 (kva) 를표시하며, 고압전동기가있는경우의 x 는고압전동기 1Hp = 1kVA, 1 kw = 1.34kVA 로서변압기용량에가산. 7/7
제 장최대수요전력관리 1. 최대수요전력의개념및정의. 최대수요전력절감의영향 3. 최대수요전력의제어방법 4. 수용가측최대수요전력의효율적관리방안 5. 피크전력삭감사례 < 최대전력제어시스템 >
1. 최대수요전력의개념및정의 일반적으로수요전력이란어느시각에서의일정한기준시간 ( 수요시간 ) 동안의평균전력 ( 유효전력 ) 을의미 수요전력 [ kw ] = = 수요시한내의사용전력량[kWh] 시한[h] 수요시한내의사용전력량[kWh] 시한[ 분]/60분 수요시한은 15 분, 30 분, 또는 1 시간등을적용하고우리나라의경우는고압수용가에설치되는 15 분누산형최대수요전력계에서 15 분평균전력을적용 수요전력 [ kw ] = 수요시한내의사용전력량 4 9/7
1. 최대수요전력의개념및정의 최대수요전력계를설치한고객은검침당월을포함한직전 1개월중 7월, 8 월, 9월및검침당월중의최대수요전력을요금적용전력으로하고있고, 다만, 직전 1개월중 7월, 8월, 9월및검침당월중의최대수요전력이계약전력의 30% 미만인경우에는계약전력의 30% 에해당전력을요금적용전력으로하고있슴. < 사례 > 어느회사의최대수요전력이아래표와같이나타나고있다. 97 년 8 월의최대전력을 1,370 kw로억제할경 우, 97.9 월부터 98.7 월까지의기본요금의경감액은얼마인가? 단기본요금은kW당 5,890 원이다. 년월 97. 6 97. 7 97. 8 97. 9 97. 10 97. 11 97. 1 최대수요전력 1,50 1,300 1,400 1,350 1,00 1,150 1,00 년월 98. 1 98. 98. 3 98. 4 98. 5 98. 6 98. 7 최대수요전력 1,300 1,350 1,00 1,150 1,450 1,300 1,370 기본요금경감액 = (1,400-1,370) 10 5,890 = 1,767 천원 / 연 10/7
. 최대수요전력절감의영향.1 전력회사측면.1.1 부하율의측면 부하율 (%)= 평균전력[ kw ] 100 최대전력[ kw ] 이부하율은계산에사용되는평균전력과최대전력이하루가기준이면일부하율, 1 년이기준 이면년부하율임. 최대전력즉, 최대수요전력을감소시키게되면부하율은증가. 즉, 어느기간동안에전력계통의운영에있어서이부하율이크다는것은발전설비및전력유 통설비 ( 송전, 변전및배전설비 ) 가효율적으로이용되었음을의미. 전력생산원가절감과전력수급안정을도모함과동시에국가적인에너지자원절약에도기여. 11/7
. 최대수요전력절감의영향.1. 부하곡선상의측면 최대수요억제 (Peak Clipping 또는 Peak Cutting) 최대부하와최저부하간의차이를감소시켜부하평준화를도모하므로서, 전력공급설비의이용효율을향상. 이경우는피크시간대의불요불급한부하를차단시키는직접부하제어와전력사용기기의효율적인이용을통한효율향상사업이있슴. 최대부하이전 (Peak Shifting) 피크시간대의수요전력의일부를경부하시간대로이전, 최대수요전력을감소시키고심 야부하를증대시켜부하율을향상. 빙축열시스템, 수축열시스템등. 1/7
. 최대수요전력절감의영향. 수용가측면..1 전기요금경감 기본요금적용기준재설정 : 하절기 (7~9 월 ) 피크를연간기본요금적용피크로하고그외의 달중하절기피크보다높은달은그달의피크를기본요금에적용... 수전설비의여유율확보 향후부하의증설로인한설비투자비를절감할수있슴. 13/7
3. 최대수요전력의제어방법 3.1 전력회사측면 3.1.1 전기요금제도에의한방법 전기요금에의한제어방법은, 가장합리적이고효율적인방법으로선택적요금제도를이용 하여, 소비자가전기요금절감을위해전기사용패턴을자발적으로조절하도록함. 기본요금피크연동제일반용, 교육용, 산업용, 농사용전력고객으로, 최대수요전력계를설치한고객에게, 년중최대전력을기준으로기본요금을부과하므로써, 전기요금절감을위해고객스스로최대수요를억제하도록유도함. 하계휴가보수기간조정요금제도 대상은계약전력 300 kw이상의일반용, 산업용고객 하계휴가또는설비보수를유도하여피크를억제하고부하를분산시키기위한제도임. 14/7
3. 최대수요전력의제어방법 자율절전요금제도여름철피크시간대에고객스스로자신의부하를줄여서요금절감을꾀하기위한부하관리프로그램임. 이제도는계약전력 300kW이상의일반용, 교육용, 산업용고객을대상으로하며, 7월 19 ~ 7일, 8월 8 ~ 19일중, 약정한날의 14시부터 16시사이에당해고객의평균전력을당일오전10시부터 1시까지의평균전력대비연속 30분이상 0% 이상줄이거나, 3,000kW이상줄이는경우, 실적조정전력kW당일정금액을요금에서경감. 시간대별차등요금제도산업용고객을대상으로하루를경부하대, 중간부하대, 최대부하대로 3구분하여전기요금의차이를두고있음. 계절별차등요금제도전력소비가많은계절과적은계절을구분하여, 전력량요금을차등적용함으로써특정계절에집중되는전력수요, 특히여름철냉방수요의억제를유도하는제도. 요금수준은여름철이그밖의계절보다약 10% 정도비싸게책정하여하절기최대수요를절감. 15/7
3. 최대수요전력의제어방법 심야전력 ( 갑 ) 요금제도전기를심야시간대에만공급받아축열축냉하여냉난방및온수를사용하는경우. 부하평준화효과를거두기위해심야전력을이용함. 심야전력 ( 을 ) 요금제도 전기를심야시간대에주로공급받아축열축냉하되기타시간에도전기를공급받아냉방에 사용하는경우. 16/7
3. 최대수요전력의제어방법 3.1. 기기보급에의한제어방법리베이트제도를이용한수요개발기기보급확대로, 고객참여를적극유도하고최대부하제어기능을강화. 축냉식냉방설비축냉식시스템에는빙축열식, 수축열식및잠열축열식 이것은주간냉방에사용하는냉열을야간에만들어탱크에저장해두었다가그것을낮피크시간대에이용 최대수요전력을절감하고또냉동기의용량을줄일수있고, 냉동기를고효율로운전할수있으며, 갑작스런냉방부하증가에적절히대응할수있는등여러가지장점 특히수축열장치는산업체의공간이넓을경우, 도입시경제성을충분히확보가능하며, 이는물이가지고있는현열을이용하는축냉열시스템이다. 17/7
3. 최대수요전력의제어방법 소형축냉식에어컨일반가정및소형상점에적용가능한축냉식에어컨개발로고객의다양한욕구를충족시키는것이가능. 제품의종류는 10평, 0평, 30평형급소형축냉식에어컨. 구성기기는심야시간대에얼름 ( 냉열 ) 을생산하는실외기 ( 냉동기 ) 와얼음을저장하는축열조그리고냉열을사용하는실내기로구성. 야간운전 : 심야에냉동기를가동, 축열조에얼음저장. 주간운전 : 주간에냉동기정지, 축열조의얼음이용, 냉방. 고효율자동판매기효율향상및제어방법을개선하여여름철피크시간대최대수요전력을억제하고전기에너지절약에도기여하는고효율기기. 냉각장치정지시간동안에상품의온도를일정하게유지하기위해서고품질단열재사용및밀폐구조로개선하여소비전력량을기존의자동판매기보다대폭적 (41%) 으로절감한것이다. 제어기간 : 6월 0일 ~ 9월 0일 ( 토, 일, 국경일제외 ) 제어시간 ( 냉각시간 ) : 13시 30분 ~ 16시 30분 (3시간) 18/7
3. 최대수요전력의제어방법 과냉각 : 상품을 3시간동안과냉각하여저온상태유지냉각정지 : 냉각장치를 3시간동안정지, 전력사용억제 원격제어에어컨원격제어에어컨은, 전력회사에서계통상황에따라제어여부를판단하여, 제어명령을내리면무선통신회사의무선호출교환기를거쳐, 고객의에어컨에부착되어있는제어용수신기가, 에어컨을작동또는정지시킴. 19/7
3. 최대수요전력의제어방법 직접부하제어 300kW이상의일반용, 산업용, 교육용등대형고객을대상으로한직접부하제어방안을 001년부터시행하고있음. 이제도는고객과의사전약정을통한전력부하조정량을수급불균형으로조정필요시통신에의하여고객측부하를원격으로제어하는방식. 전일예고제어 : 시행전일 17시까지직접부하제어통보당일예고제어 : 시행당일 3시간전에직접부하제어통보긴급제어 : 시행당일 3시간내에직접부하제어통보 0/7
3. 최대수요전력의제어방법 3. 수용가측면 3..1 축냉식냉방설비 3.. 고효율기기 ( 인버터, 조명 ) 고효율인버터고효율인버터는전체전력사용량의약 60% 를점유하고있는전동기부하의이용효율을향상시켜전력수급안정에기여하는고효율기기. 주파수및전압을부하특성에맞게변화시켜회전속도를제어함으로써전력소비를절감한다. 승저감토오크의부하특성을갖는유체기기등에서는이를적용시효과극대. 고효율조명기기자기식안정기, 전자식안정기및전구형형광등등의고효율조명기기에의한최대수요전력제어. 3..3 최대수요전력제어기 (Demend Controller) 전력사용량을상시감시하면서현재전력이설정된목표전력을초과할것이예상될경우에어컨, 냉동기, 펌프, 공조기, 조명, 전기로등불요불급부하를순차적으로차동차단하고, 현재전력이목표전력이하로내려가거나, 수요시한이끝나면자동적으로부하전원을투입, 최대수요전력을목표값이하로항시관리. 1/7
4. 수용가측최대수요전력의효율적관리방안 수용가의입장에서는, 어떻게하면최대수요전력을절감하여전력요금을절약할수있을까가최대의관심사임. 4.1 체크사항 현재의계약전력결정방법의조사고압수용가 : 수전변압기용량, 또는최대수요전력량계저압수용가 : 부하산정, 또는최대수요전력량계. 현재의계약용량계약전력 300kW이상 ( 일반, 산업용 ) : 휴가보수기간조정요금제, 자율절전요금제, 부하이전요금, 직접부하제어 부하구성실태의분석전동기부하 : 고효율인버터지원제도 ( 산업용으로서전동기 (7.5~55kW) 에인버터를설치하여절감전력합계가규정치이상이되는가 /7
4. 수용가측최대수요전력의효율적관리방안 조명기기 : 고효율조명기기지원제도검토자동판매기 : 고효율자동판매기지원제도검토에어컨설비 : 축냉식냉방설비지원제도도입여부. 중요부하, 일반부하 : 최대수요전력제어기기적용여부. 일부하, 월부하, 년부하곡선작성및분석휴가보수기간조정요금제 : 연속 3일이상동안주간시간대 (8시~18시) 에최대수요전력을 50% 이상줄이거나줄이는전력이 3,000kW이상이되는경우를분석함. 자율절전요금제도 : 14시부터 16시까지의부하조정시간의평균전력을당일 10시부터 1시까지의평균전력보다 0% 이상줄이는경우또는줄이는전력이 3,000kW이상이되는경우를분석함. 일최대수요전력, 월최대수요전력, 년최대수요전력을분석함. 3/7
4. 수용가측최대수요전력의효율적관리방안 4. 효율적관리방안 4..1 계약전력결정수전변압기용량또는부하산정방법에의하여결정된계약전력을부하곡선상의최대수요전력값과비교하여최대수요전력량계설치에의한계약전력으로의변경여부를결정. 4.. 지원요금제의결정현재의계약전력에따라지원요금제도를적절히선택하여, 부하곡선을이용, 각종요금제도의적용여부를결정. 4..3 지원금제도의결정부하구성실태를분석하여, 고효율인버터지원제도, 고효율조명설비의지원제도, 고효율전동기지원제도, 고효율자동판매기지원제도, 축냉식냉방설비지원제도등을결정. 4/7
4. 수용가측최대수요전력의효율적관리방안 4..4 최대수요전력제어기의설치여부결정일, 월, 년부하곡선과현재의계약용량, 중요부하와일반부하의구분가능여부를판단하여, 최대수요전력제어기의설치여부와계약용량의변경여부결정. 5/7
5. 피크전력삭감사례 어느회사의 A, B 공정의냉열공급시스템은다음그림과같음. (A 공정 ) [ 표 -1] 냉동기년간운전현황 구분 냉동부하 [RT] 피크전력 [ kw ] 평균전력 [ kw ] 비고 ( 냉동기 ) A 공정 B 공정 40 00 367 170 94 136 (B 공정 ) 합계 440 537 430 ( 냉동기 ) 단 A, B 공정공히연간가동율은 80%, 심야전력단가평균 9 원 /kwh, 피크및중부하시의전력단가평균 8 원 /kwh. 그림현재의냉동기공급계통 6/7
5. 피크전력삭감사례 현재공장에서보유하고있는냉동기 400RT( 현재부하가저하로다른냉동기에서공급가능함 ) 와복지관용냉동기 00RT( 철거대상 ) 를이용하여, 수축열시스템을도입, 심야시간대 ( 일 10시간 ) 에냉열을생산하여, 이를수축열탱크에저장하였다가중부하또는피크시간대에냉열를공급하여, 피크전력을절감하고전력요금의경감을이루고저한다. 이때의운전전력비용의경감량을계산함. 단, 이때수축열시스템의도입촉진으로, 국가전체의피크를절감하여, 발전소건설회피비용을위하여다음과같은정부지원책을활용. [ 표 ] 수축열시스템한전무상지원금 피크감소전력 처음 00 kw 다음 00 kw 400 kw이상 무상지원금 48 만원 / kw 4 만원 / kw 35 만원 / kw 세제감면 : 투자액의 7% 상당금액에대해법인세공제 7/7
5. 피크전력삭감사례 < 해설 > 1) 축냉열탱크용량결정 계산조건대상냉동기는심야시간대 (:00~08:00) 에만운전함. 축냉열조내의냉수는피크및중부하대에만송수함. 축냉열조의입출구온도차는 8 (13 5 ) 로한다. 현재의냉열부하 ( 평균 ) A 공정 : 40RT 0.8( 부하율 ) 14 시간 / 일 =,688 RTh/ 일 B 공정 : 00RT 0.8( 부하율 ) 14 시간 / 일 =,40 RTh/ 일 계 4,98 RTh/ 일
5. 피크전력삭감사례 냉열공급능력 - 400RT : 400RT 10시간 / 일 = 4,000 RTh/ 일 - 00RT : 00RT 10시간 / 일 =,000 RTh/ 일계 6,000 RTh/ 일 냉열공급여유 6,000 RTh/ 일 - 4,98 RTh/ 일 = 1,07 RTh/ 일 축냉열조크기계산 V[ m3 ] 1,000kg/ m3 (13-8) = 6,000 3,04 m3 =,68 m3
5. 피크전력삭감사례 ) 수축열시스템개략도 기존의 A, B공정냉동기군 : 심야시간대에만운전. 축냉열조전용냉동기 : 심야시간대에운전, 축열피크시간및중부하대에냉수공급.
5. 피크전력삭감사례 3) 경제성검토 피크전력감소 현재의냉동기피크전력 : 537 kw ( 동시부하율 100% 간주 ) 에너지비용감소 - 피크전력요금경감 : 537kW 4,950원 / kw 1개월 = 31.9백만원 / 연 - 사용량요금경감 A, B공정의평균전력 연가동시간 피크, 심야전력단가차 = 430 365 4 0.80 (8-9) = 159.7백만원 / 연 계 : 191.6 백만원 / 연
5. 피크전력삭감사례 투자비 - 탱크 (0m 0m 6m) 제조비 : 500백만원 - 기타배관및설치비 : 600백만원 - 자금지원 : -8백만원 계 87 백만원 투자비회수기간 4.5 년
< 최대전력제어시스템 > l. 최대전력제어는다음과같은방법으로진행. 1 제어가능부하의발굴 제어가능부하의그룹화 3 최대전력제어시스템설치 4목표전력설정및제어. 제어가능부하 제어대상부하를결정. 3. 제어시스템구성 1 각부하별로원격제어용단말장치를설치, 각각의제어대상부하를연결. 디맨드컨트롤러에서한전계량기의최대전력신호를받아예상전력이목표값을초과할우려가있는경우, 각부하의원격제어용단말장치에지령을보냄. 3 제어시스템은디맨드컨트롤러, 감시용 PC 및프로그램, 무선안테나, 원격제어단말장치등.
< 최대전력제어시스템 > 최대전력제어시스템구성개요도 종래에는디맨드컨트롤러를설치해도한전계량기와동기신호가맞지않았으나, 최근에는계량기와바로동기됨으로써이러한문제가해결되었음.
제 3 장역률관리 1. 역률관리및측정법. 역률개선효과 3. 역률조정장치 4. 역률개선사례 35/7
1. 역률관리및측정법 1.1 역률관리전력설비의대부분은코일성분과저항성분으로구성되며, 따라서일 (Power) 과는무관한무효전력이존재하게되고, 이무효전력은전원공급설비의이용율저하, 손실증가, 전압강하의원인을제공. 교류에서임피던스의각에의해서전압과전류사이에위상차가발생하는경우, 전력은항상전압과전류를곱한값보다작은값즉, 전압과전류를곱한값에 1보다작은어떤변수 (factor) 를곱한값으로표시되는데이변수를역률 (Power factor). 정현파교류전압과전류사이의위상차를 θ 라하면, P = 3 VI cosθ cos θ = P 3VI I = P 3V cosθ
1. 역률관리및측정법 위의관계식에서어떤부하에전력을공급하는경우에부하의역률이낮으면동일전압에서보다많 은전류를흘러주어야하며, 따라서발전기, 송전선, 변압기등을포함한계통의열손실과전압강하가 증가하고, 이들기기의소요용량이증가함. 1. 역률의측정방법 1..1 순간역률의측정순간역률의측정에는역률계를이용하는외에, 그설비의전력계, 전압계, 전류계등에의한제측정치를이용, 역률 = 전력( kw ) 3전압( V ) 전류( A)
1. 역률관리및측정법 1.. 평균역률의측정 유효, 및무효적산전력계에의한측정치를이용, 평균역률 = WH WH + QH 단, WH 는유효적산전력계 (4 시간기록치 ), QH 는무효적산전력계 (4 시간기록치 ) 이경우는각상전압이평균이며, 각상전류가불평형이라도정확한역률의산정이가능.
. 역률개선효과.1배전선및변압기의손실경감일정한전력을수전하는경우, 부하의역률이낮을수록전류는증가하게되며, 배전선변압기등에서의전력손실도증가. 선로의전력손실은 P L = 3I R 여기서 I 는선전류 (A), R 는 1 선당선로저항 (Ω) 부하전력을 P(W), 역률을 cosθ, 전류 I 는, I = P 3V cosθ 한편선로의손실저감량은, p l = 3R[ I 1 I I = p l 3RI 1 1 I1 ] 3RI cosθ 1 1 cosθ = 1 3RI 1 cosθ 1 은현재의선로손실, 은현재의역률 값의제곱, 은역률개선시의역률의재곱값. cosθ
. 역률개선효과. 설비용량의공급능력증가 전기설비의용량은대개피상전력으로표현되므로, 동일용량의설비에서역률을개선함으로서, 추가적인유효전력의공급이가능하여, 설비의용량에여유가생기게됨. [ 그림 ] 에서피상전력이 W₁, 개선전역률이 cosθ₁, 이에전력용콘덴서를설치하여역률을 cosθ₂ 로개선시 역률개선시추가공급가능한부하전력 ΔP 는 P₂- P₁ P = W cosθ 1 1 1 P = W cosθ 1
. 역률개선효과.3 전압강하의감소 E = E + 3I( R cosθ + X sinθ ) S R 전압강하율 E ε = S E E R R 100 3 상 3 선식의배전선로의 1 선당저항을 R, 리액턴스를 X 라하고, 부하단전압을, 선전류를 I, E 송전단전압을, 부하전력을, 개선전후의역률을각각 cosθ, cosθ₁ S P R E R 현재의전압강하 ΔE 는, R E = 3I ( R cosθ + X sinθ ) = ( R + X tanθ ) 역률개선시전압강하 ΔE' 는, E ' = P E R ( R + X 1 R tanθ ) P E R
. 역률개선효과 전압강하개선분 e 는 e = ΔE - ΔE' = XP E R (tanθ tanθ1) R 여기서 tanθ>tanθ₁이므로전압강하가줄여듦..4 전력요금의경감 기준역률을 90% 이상으로유지하도록하고있으며, 기준역률이상시는 95% 까지매 1% 에대하여기본요금을감액, 90% 미달시매 1% 마다기본요금을 1% 씩추가부담.
3. 역률조정장치 3.1 역률제어용량산정 부하전력 Po[ kw ] 역률 cosθ인부하에서역률을 cosφ으로개선하기위한콘덴서의용량를 [ 그림 ] 의백터도에서구하면, Qc = Po (tanθ-tanψ) P 0 1 cosθ 1 1 1 cos Ψ = [kva] [ 그림 ] 역률개선시콘덴서용량결정백터도
3. 역률조정장치 3. 역률개선시설치방법 콘덴서의설치위치는여러장소를고려할수있으며, 부하설비의용량, 콘덴서의설치효과, 유지보수및경제성등을고려하여유리한위치에설치함.
3. 역률조정장치 [ 표 ] 콘덴서의집중설치와분산설치효과비교 구분콘덴서소요용량전력손실감소효과전압강하감소효과전기요금감소효과보수점검초기투자금액 분산설치적다작다작다같다용이하다적다 집중설치많다크다크다같다복잡하다많다 ( 특히저압 ) 3.3 역률제어방식 3.3.1 무효전력에의한제어방식지상무효전력을콘덴서에의한진상무효전력으로상쇄시키는것이므로무효전력을이용한역률제어방식이가장합리적. 이방식은, 무효전력계전기를사용하여, 부하의지상무효전력이적정한값보다증가하면콘덴서를투입하고, 진상무효전력이어느값보다커지면개방하는방식.
3. 역률조정장치 3.3. 역률에의한제어방식역률계전기로부하의역률을감지하여, 설정값이하가되면콘덴서를투입, 일정값이상이되면콘덴서를개방. 경부하시무효전력의제어폭이작아지므로제어폭이콘덴서 1군의용량보다작아지는곳에서는헌팅이발생함. 따라서제어폭이콘덴서 1군의용량보다작아지지않도록경부하에서는자동적으로 Lock되는기능있어야함. 3.3.3 프로그램제어방식 시간대별로부하곡선의패턴이일정한경우에타이머를사용하여콘덴서의투입개방을제어함. 각종방식중에서가장간단하고염가.
3. 역률조정장치 3.3.4 전압에의한제어방식부하의역률이낮을수록전압강하가크고부하의역률이진상인경우에는전압이상승하기때문에전압을측정하여콘덴서의투입개방을결정. 이방식은역률제어보다는전압조정을목적으로하는경우에많이사용. 3.4 역률제어용콘덴셔운용시주의사항 3.4.1 전동기의자기여자여러대의전동기에대해서공동보상용콘덴서를모선에설치하는경우에, 운전조건에따라서유도전동기가자기여자를일으켜, 전원을개방한경우에도전동기의단자전압이상승하거나, 장시간감소하지않는경우가있음. 이를방지하기위해서는유도전동기의무효전력에상응하는콘덴서를전동기마다개별로설치함.
3. 역률조정장치 3.4. 돌입전류에의한 CT의섬락전동기에역률개선용콘덴서를직결하는경우, 콘덴서의잔류전하가전동기의권선을통하여방전되므로방전코일은두지않아도됨. 콘덴서의용량이커지면개폐기의투입시, 돌입전류의크기가증가하고주파수가커져서개폐기에직렬로삽입된 CT가섬락또는소손되는경우가있슴. 직렬리액터필요. 3.4.3 콘덴서에의한고조파의확대현상개통내에존재하는다양한고조파발생원과콘덴서의공진에의해서고조파전압및전류의확대우려. 특정차수의고조파에대해서콘덴서회로가유도성이되도록직렬리액터를설치함.
3. 역률조정장치 제 5 고조파를대상으로하는경우의직렬리액터용량은, 1 5 WL > 0 5 WC WL > 1 5 1 WC 직렬리액터는콘덴서용량의 4% 이상이면되나, 여유를감안하여 6% 정도의것을설치함. 3.4.4 페란티의현상일반적으로전압강하는, 지상전류에의해서발생하고, 수전단은송전단보다전압이낮게된다. 그러나콘덴서에의해서과보상되는경우, 즉부하가경부하가되는경우에, 콘덴서의개방이이루어지지않으면, 진상전류가흐르게되어설치점의전압이송전단의전압보다높아지는페란티의현상이발생하여, 과전압에의해소손, 수명단축등의문제점이발생함.
3. 역률조정장치 3.4.5 직렬리액터설치에의한콘덴서단자전압의상승 역률개선용콘덴서에콘덴서의 α% 에해당되는직렬리액터를삽입하는경우, 콘덴서의단자전압및콘덴서회로의전류는 100 배. 이에따라서콘덴서의과열, 폭발의우려가있어주의가필요. 100 α V C = Z C Z L + Z C V j100 V C = V = 1. 064V j6 j100
4. 역률개선사례 어느사무소빌딩의동력부하에서전압 3.3[kW], 전력 P =,000kW, cosθ=0.8인부하가있다. 이를역률 0.95로개선하려고한다. 이때필요한콘덴서의용량은? 또여기에공급된변압기까지의배전선의길이가,500m이다면배전선에서의선로손실은얼마만큼감소하는가? 단 1선당의저항이 0.0Ω/km라고한다 1) 부착콘덴서용량 Qc 는 Q C 1 1 =,000 1 1 0.8 0.95 = 84.6 [kva] ) 선로손실감소량 P L 은 cosθ = 1 cosθ = 0.8 3 0.05 437 1 0.95 여기서 1 P L 3RI 1 R = 0.0 = 0. 05 P L I,500 1,000,000 3 3.3 0.8 = = 1 437
제 4 장변전설비의부하율관리 1. 전력특성. 변압기효율 3. 변압기의통폐합 5/7
1. 전력특성 전력계통의특성항목으로는수용율, 부하율, 변압기이용율, 부등율등을말할수있는데, 이러한항목들은전력을경제적, 합리적으로사용하여, 발전에서부터말단부하까지의낭비와손실을적게하려는데이용됨. 전력의합리적인이용을도모하여기업에서의원가절감은물론, 에너지의유효이용으로기후변화협약에대응. 1.1 수용율 1.1.1 수용율의정의최대수요전력은, 전기부하의합계인총설비용량보다적게정하고있는데이는, 다수의부하가있는수용가에서는거의모든부하를동시에사용하는일이실제로적기때문임. 최대수요전력( kw ) 수용율(%) = 100 총설비용량( kw ) 53/7
1. 전력특성 1.1. 수용율의적용 전기설비는단시간의부하용량이크기때문에부하의순간적변동은그리중요하지않다. 그러므로 15분, 30분, 1시간등의평균전력을취한계단적인값으로나타냄. 수용율은그것을계측하는기간이 1일, 1개월또는 1년인경우, 동일한부하에서도계절에따라그값이상이함. 수변전설비의용량결정에있어서도, 적정부하산정은물론, 예상되는부하곡선에따른수용율과부하율을구하여, 최대수요전력을예측하고아울러장래의수요여유를감안한후, 적정수변전설비의용량을결정. 54/7
1. 전력특성 1. 부등율 부등율 (Diversity Factor) 은어느전력계통에소속된각수용가의배전간선들의최대전력의합계와그계통에서발생한합성최대전력의비. 각설비의계최대전력의합계( kw ) 부등율(%) = 100 합성최대전력( kw ) 공장또는수용가설비의최대전력은, 그전부가같은시간에발생하는것이아니므로, 각수용가설비개개의최대전력의합계는, 수용가전체를공급하는점에서발생하는합성최대전력보다항상크게되므로부등율은반드시 1보다큰값임.. 자가용변전실에있어서각분전반에소속된설비용량에수용율을곱하면각간선의최대전력이되고, 각간선의최대전력을알게되면, 이것에의하여변압기용량과모선의굵기를선정할수있 음. 각설비의계최대전력의합계( kw ) 합성최대전력( kw ) = 100 부등율(%) 55/7
1. 전력특성 1.3 부하율 부하율이란어느기간중의평균부하와최대부하와의비. 평균부하전력( kw ) 부하율(%) = 100 최대부하전력( kw ) 부하율은그기간에따라일부하율, 월부하율, 연부하율로표시. 연소비전력( kwh) 연평균부하( kw ) = 100 365 4 월소비전력( kwh) 월평균부하( kw) = 100 매월일수 4 부하율이크면클수록전기설비는유효하게사용되며, 전기요금측면에서도기본요금의인하요인이되기도함. 수용율이낮은상태에서부하율이좋은것은변압기의과투자를의미함. 56/7
1. 전력특성 1.4 변압기과용량율 변압기과용량율은변압기용량과최대부하와의비를말하며보통백분율로표시. 변압기용량( kva) 변압기의과용량율( %) = 100 최대부하( kw ) 변압기과용량율은 100% 일때가장이상적이나경제성및안전율을고려하여 100% 보다큰값을갖고있음. 즉, 변압기과용량율은 10% ~ 130% 가적당. 1.5 변압기이용율 평균부하(kW)) 변압기의이용용율( %) = 100 변압기용량량( kva) cosθ 변압기의효율적이용을위해서는변압기손실비 ( 부하손 / 무부하손 ) 에따라다르나이용율은 50 ~ 70% 사이에서최고효율점이됨. 57/7
1. 전력특성 1.5 수전설비적정용량판단계수일근무시간에따라, 수전변압기용량에대한년간전력사용량의비를수전변압기적정용량판단계수 연간전력사용량( MWh) 적정용량판단계수 = 변압기용량( kva) 8 8 1 1 16 16 0 0 4 1.3 1.8.0.7.7 3.6 3.3 4.5 4.0 5.4 적정용량판단계수의값이, 위값의범위보다적으면과용량을, 위값의범위보다크면부족용량을의미. 58/7
. 변압기효율 1.1 의미 어떤변압기가효율적으로운전되고있는가를판단하기위해서는변압기의효율을계산. 일반적으로변압기의효율은다음식과같이정의. η T = = = L 0 f 0 L f P cosθ P cosθ + L P cosθ + L 0 P cosθ P P + 0 L P + f c f P c + 0 f P c + Pi L 0 Pi L f 1 cosθ f 100 P i 100 100 P0 [kva] 는변압기용량, [ kw ] 는전부하동 P i 손, [ kw ] 는무부하철손, 는이용율 ), cosθ 는부하역률을표시. P C L f 는부하율 ( 또 59/7
. 변압기효율.1 적정부하율 그러면변압기는과연어떤부하율에서최대의효율을실현할수있는지살펴봄. 이를위해서는상기의효율을나타내는식에서변압기효율를최대가되는부하율을구하면 dηt dl = 0 f Pi 인조건을만족하여야하며, 이를위해서는 P = L P + l f c L f dpl 값이최소가되어야한다. 즉 = 0 을만족하여야한다. 따라서 dl f η T P C Pi = 0 L f 에서 부하율 L = f Pi P C. 역률의영향 한편변압기효율의역률에대한영향은, 식에서알수있는바와같이역률이개선됨에따라서효율이향상됨. 60/7
. 변압기통폐합 산업현장에설치되어있는수배전설비는대부분이과용량으로설계되어안전을확보하고있다. 특히생산현장에설치되어있는배전용변압기의겨우, 이러한현상은더욱두드려짐. 이를해결하는방법으로적정용량의변압기로교체하는경우도있고, 같은장소에설치되어있는다른큰용량의변압기로부하를이전시켜, 통폐합시키는경우도있슴. 다음은 대의변압기을 1대로통폐합하는경우에, 대상변압기의적정부하율을계산한것이며, 이를 n대로확대할경우에대해서도계산해보았슴. P i [kva] [ ] [ ],000,000 PC P C PC P i L f 1 L f 1 cos cos,000 P C P i L f 1 cos 61/7
. 변압기통폐합 현재의변압기손실 ( ) 은 P l1 P = P L + l 1 C f 1 P i 이되며 통폐합시변압기손실 ( ) 은 P P L + = 4 l C f 1 P i P l 이된다. P P l l 1 그런데통폐합시의손실이적어야 ( < ) 함으로 4P L P C + P < P L + f 1 i C f 1 i L f 1 따라서이때의변압기부하율 ( 대운전기준 ) 는 L < f 1 P i P C 이여야한다. 즉 [ 그림 ] 에서의 1 대운전이유리한영역의부하율이계산됨. 6/7
. 변압기통폐합 이를확장하여변압기 n 대를 n-1 로통폐합하였을경우는 L f 1 < ( n 1 ) np C P i 63/7
. 변압기통폐합 < 사례 1> 어떤공장에서특성이동일한 대의변압기가설치되어있다. 대공히,500kVA로변압기 1차즉에서본현재의부하는 550kW, 역률은 0.7이었다. 변압기의철손은 5,67W, 전부하동손은 7,593W이다. 이때다음을구하여라. 1 대를 1 대로통폐합할때, 손실의면에서유리한현재의부하율을구하여라. 이때역률을고려하면변압기의부하는몇 kw 가되는가. 3 1대로통폐합한다음, 역률개선용콘덴서를부착하여, 현재의역률을 90% 로개선하였다면변압기손실저감은얼마나되는가. 1 통폐합시, 손실면에서유리한현재부하율의한계는, P 5, 67 i L < = f 1 = 0.319 P 7,593 C 역률을고려할때, 변압기대의부하합계는, P 0.319 P <,500 0.7 0.319 = 1,116.5 kw,500 0.7 64/7
. 변압기통폐합 3 통폐합후역률개선시변압기손실저감은, 550 현재의변압기부하율 : = 0.314,500 0.7 현재변압기손실 : [0.314 7.59 + 5.63] = 1,100 개선변압기부하율 : = 0.489,500 0.9 개선변압기손실 : [0.489 7.59 + 5.63] = 1.( kw ) 16.7( kw ) 변압기손실저감 : 16.7-1. = 4.5 kw 65/7
. 변압기통폐합 < 사례 > 어떤공장의수전설비의정격및연평균운전치는다음표와같다. 이변압기의부하율이낮아이를통폐합하려고한다. 통폐합한후의연간변압기손실은얼마는줄어들었는가. #1 # #3 [kva],500,500,500 [V] [ ] 380 5.797 380 5.67 380 5.646 [ ] 7.541 7.593 7.98 [ ] 49 180 485 [%] [%] 95 0.7 95 7.6 95 13.9 [ ] 8,760 8,760 8,760 66/7
. 변압기통폐합 통폐합시의적정부하율을파악, 변압기별적정부하율을판단한다. L = f P P i C 의식에서이를구하면 #1, #, #3변압기의전부하동손및철손으로부터적정부하율은각각 45.8%, 45.1%, 45.5% 임을알수있슴. 이는 1대로통폐합시의적정부하율이어느것임을파악하기위함. 통합후부하의판단 3대의변압기부하 = 49 + 180 + 485 = 1,157 kw 역률 95% 를고려시피상전력이때의부하율은, 1,17.9( kva) 변압기부하 ( kw ) 1,157 = 100 = = = 1,17.9[kVA],5000( kva) 역률률 0.95 = 48.7% 67/7
. 변압기통폐합 대상변압기의선정통폐합시부하율이 48.7% 로계산되었으므로여기에가장근접한 #1 변압기를통폐합후의변압기로결정한다. 현재의변압기손실 - 부하손실 #1 변압기 : = # 변압기 : = #3 변압기 : = L P = 0.07 7.541 = 1.18( kw ) f 1 C L P = 0.076 7.593 = 0.16( kw ) f C L P = 0.139 7.98 = 0.53( kw) f 3 C 1.87 [ kw ] - 무부하손실 5.797 + 5.67 + 5.646 = 17.07 [ kw ] 계 18.94[ kw ] 68/7
. 변압기통폐합 통폐합시의변압기손실 - 부하손실 #1 변압기 : L P = 0.487 7.541 6.53( kw 1 C f = ) - 무부하손실 5.80[ kw ] 계 1.33 [ kw ] 통폐합전후의변압기손실절감량 (18.94-1.33) 8,760 = 57.904 [MWh/ 연 ] 69/7
전력관리에필요한기본사항 1. 전력관리부문 70/7
1. 전력관리부문 개요전력관리란전기가사용되는것을계측에의하여관리하는것이다. 이를크게나누면원단위전력량, 부하율, 역율의세가지항목을들수있다. 이상세가지와밀접한관계가있는것이작업관리, 공정관리, 운반관리, 품질관리등으로이들을훌륭하게관리함으로써효과적인개선이이루어진다. 가. 원단위전력량 1) 원단위전력량이란일정한생산량에필요한전력량을원단위전력량이라한다. 이는전기를에너지로하여생산을하고있을때이의생산능률혹은그기계의효율을표시하는것이다. 원단위전력량의수치는전기가유효하게사용되고있는가를알기위한바로메터임과동시에생산능률의척도로중요한것이다. 이원단위전력량의저하가직접생산코스트의저하로나타나는것으로, 가장직접적이고가장현실적인문제이며, 또전기사용합리화의궁극적인목적이기도하다. 71/7
1. 전력관리부문 ) 원단위전력량산출방법공장전체를하나로하여조사하고자할때는직접생산에쓰여진전력량과간접생산에쓰여진전력량의합계 ( 총사용전력량 ) 을총생산량으로나눈종합원단위전력량을구하면된다. 또, 다시세분할필요가있으면공정별원단위전력량을산출하면된다. 전력량을조사한는기간은 1 개월단위가많이쓰여지고있으며, 몇종류의다른제품을생산하고있는공장의경우는공통부분, 예를들면펌프, 압축기등이동력을개별의제품에배분하는것은귀찮은일이나, 이들이상당히큰부분을점유할때는될수있는한정밀하게분석하여배분할필요가있다. 3) 조업률과의관계 (1) 원단위전력량의저하방안다음과같은경우에원단위전력량을저하시킬수있다. ( 가 ) 생산량이동일하고사용전력량이떨어졌을때 ( 나 ) 사용전력량이동일하고생산량이증가하였을때 ( 다 ) 생산량도사용전력량도증가하였으나사용전력량의증가비율보다생산량의증가비율이클때 7/7
1. 전력관리부문 ( 가 ) 의경우는전력손실의경감에중점을두고있다. 즉설비개선등의기술적인개선을하였을경우이다. 생산을늘리는데는 ( 나 ) 와 ( 다 ) 의경우가많다. 이는공장의조업률과깊은관계가있다. 증산을하면전력량도늘어나나, 기술적인개선을하지않아도원단위전력량중에서생산에대한직접전력량만은비례하여증가한나, 고정부분및간접부분의영향이변해생산이 배증가하여도, 전력량의합계는 배까지는증가하지않는다. 따라서결과적으로보면같은설비로생산량을늘리는것, 즉조업도를높이는것은, 전력을보다유효하게쓰는것이된다. () 생산증가와조업율생산을늘리는수단으로품질관리에의한불량율의감소, 공정관리에대한준비기간의단축, 능률좋은근대설비의도입, 현보유설비의풀가동 ( 가동율향상 ) 등여러가지가있으나한마디로표현하면조업율을상승시키는것이다. 이와같이조업율은원단위에연관성이있고, 또원단위에서조업율이추정된다고할수있다. 자동화나아가서는 FA 로까지이르면상기와같이결함은완전히제거된다. 이는설비의소비전력량은반드시줄어들지않으나생산량을비약적으로증가시킬수있으므로합리화의새로운무기라고할수 있다. 73/7