진단사발표자료 효율관리실김인수팀장
[ 에너지절약을위한변압기뱅킹예 ] 변압기용량과효율곡선 (3Φ 500kVA) 및 1,000kVA 저손실형변압기의예 에너지절약형과종래형변압기 의무부하손비교
(a) 형광등의전압특성 (b) 유도전동기의전압특성 전기기기의전압특성
[3 상유도전동기의효율 ] [ 부하 ( 출력 ) 과효율 역률 슬립의관계 ]
[ 유도전동기의손실구성 ] [ 종래형과고효율형의효율, 역률비교그래프 ]
전동기와부하토크속도특성 힘과토크의관계식
각종속도제어방식의토크속도특성과손실
변압기용아몰퍼스메탈의특성 (1) Amorphous vs. SiFe B-H curve
변압기용아몰퍼스메탈의특성 (2) 2605SA1 의주파수별특성표
변압기용아몰퍼스메탈의특성 (3) Metglas Alloy-2605SA1 의전자기적특성 구분 아몰퍼스금속 (2695SA1) 규소강판 (PG172) 포화자속밀도 (Tesla) 1.56 2.02 직류최대투자율 열처리전 600,000 - 열처리후 45,000 1,900 전기저항 (µ-ω-cm) 137 47 히스테리시스손및와전류손실이현저히작아무부하손실이규소강판의약 20~25% 정도임.
아몰퍼스변압기전력손실저감 아몰퍼스변압기와규소강판변압기의비교 구분 (kva) 아몰퍼스 무부하손실 (W) 효율 (%) 규소강판 손실저감 아몰퍼스 규소강판 차이 50 38 149 111 99.1 98.6 0.5 500 270 1,400 1,130 98.5 98.3 0.2
아몰퍼스변압기적용경제성 Logo 지중및민수용변압기 (500kVA) 구분 지중및민수변압기 (3 상 ) 아몰퍼스변압기 (3 상 ) 차이 단가 ( 원 ) 무부하손실 (W) 연간무부하손실 (kwh) 연간무부하손실액 ( 원 ) 비고 5,200,000 7,800,000 2,600,000 1,400 270 1,130 12,264.00 2,365.20 9,898.80 918,800 177,390 742,410 2000 년전기요금수준 : 75 원 kwh( 한전자료인용 )
ERDA(Electrical Research & Development Association) Test 2대 250kVA 동일사양 규소강판 vs. 아몰퍼스변압기 고조파왜형율 26% 상태 손실 (W) 아몰퍼스변압기 규소강판변압기 히스테리시스 99 155 와전류손 74 698 총코아손 173 853 코일손실 ( 평균부하전류 ) 1,553 1,671 부하율 (%) 55 58 총변압기손실 1,726 2,524
자구미세화강판소개 자구미세화 (Domain Refinment) 규소강판 방향성규소강판의자구 ( 磁區, Magnetic Domain) 를물리적인방법으로미세화시켜철손 (Core Loss) 을개선한제품 ( 약 5~10% 개선 ) 자구미세화방법 : Laser 처리, Geared Roll 에의한압입, 화학적 Etching 등 Laser 처리에의한방법은일시적인자구미세화방법으로, 500 이상에서열처리하면효과가상실됨 CGO 1.20 기존규소강판 철손 (W/kg) W17/50 HGO 1.03 자구미세화HGO 0.89 1.15 0.98 0.90 0.80 POSCO 개발재 0.30 0.27 0.23 제품두께 (mm) POSCO 개발 0.23mm 자구미세화강판은표면에 Laser 조사흔적이없으며, 기존규소강판대비약 30% 의철손이개선됨
Type 별장단점비교 구분 아몰퍼스몰드변압기 자구미세규소강판 몰드변압기 비고 Thickness 0.025 mm 0.23 mm 철손 ( 완제품 ) 0.32W/kg (1.3T/60Hz) 0.70 W/kg (1.3T/60Hz) 소음 규격만족 규격대비 10dB KS 4311 Price 200% 160~180% 기존제품대비 투자회수기간 5 ~ 6 년 2.5 ~3.5 년 철심소재공급 전량도입 (*) 국산화완료 ( 04 년 ) Amorphous Metal : Hitachi 독점공급 최대제작용량 3P 2MVA 3P 17.5MVA 수리 어렵다 용이
Type 별장단점비교 구분 아몰퍼스몰드변압기 자구미세규소강판몰드변압기 비고 Thickness 0.025 mm 0.23 mm 철손 0.32W/kg 0.70 W/kg ( 완제품 ) (1.3T/60Hz) (1.3T/60Hz) 소음 규격만족 규격대비 10dB KS 4311 Price 200% 160~180% 기존제품대비 투자회수기간 5 ~ 6 년 2.5 ~3.5 년 철심소재공급 전량도입 (*) 국산화완료 ( 04 년 ) Amorphous Metal : Hitachi 독점공급 최대제작용량 3P 2MVA 3P 17.5MVA 수리 어렵다 용이
효율특성비교사례 (3 상 500KVA 22.9KV/380V) 부하율 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 현고효율규정 98.890% 99.231% 99.252% 99.192% 99.100% 98.992% 98.875% 98.753% 98.628% 98.500% KS C4311건식 96.214% 97.876% 98.356% 98.533% 98.586% 98.578% 98.535% 98.470% 98.391% 98.301% POSCO 제안 98.200% 98.955% 99.149% 99.200% 99.194% 99.160% 99.109% 99.049% 98.981% 98.909% 500KVA 급 40% 부하율에서최저효율 99.2% Efficiency 99.4% 99.2% 99.0% 98.8% 98.6% 98.4% 98.2% 98.0% KSC 4311 아몰퍼스규정 Efficiency Curve 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Load 일반적인부하율 (40~70%) 에서현규정대비효율우수 미세자구화강판
전동기손실저감주요방법 방법 1. 슬롯단면적감소및점적률 (Fill Factor) 의증대 2. 철심길이의증대 < 표준전동기 1.2 배 > 3. 고등급의철심및강판두께감소 <S14, t 0.35> 4. 인산염피막처리및회전자도체의절연 5. 고정자의자성웨지 6. 최적냉각팬사용 7. 고정자권선결선부분의길이감소 8. 회전자도체크기증가및고도전재료 ( 동 Bar) 사용 효과 철손감소동손감소 철손감소동손감소 철손감소표류부하손감소 표류부하손감소 표류부하손감소 기계손감소소음감소 동손감소 동손감소 점적률증대시권선삽입작업난이성으로제작시간증가 최대출력및토크의감소를고려한철심길이증가및고정자권선의턴수감소 높은자속밀도에서낮은손실의고등급강판사용으로재료비증가및강판두께감소에따른펀칭수량증가 작업난이성, 대량생산의어려움 재료비증가및대량생산의어려움과토크감소를고려한설계 최적팬설계및온도상승에대한고려 작업의정밀성요구 대량생산이어려움 주요고려사항
손실의저감비율 (%) 1 차동손 100 65 철손 100 59 97 100 2 차동손 72 72 표유부하손 100 전손실의저감률100 70 기계손
유도전동기의손실 < 15kW 급전동기의손실비교사례 > 15kW 표준 고효율 개선도 전부하효율 (%) 88 91 3 전부하손실 (W) 1,800 1,350 450 손실 (W) 손실 (W) 점유율 (%) 고정자동손 693 558 30 회전자동손 485 260 50 고정자계철손 239 217 5 고정자치철손 124 102 5 풍손, 마찰손 62 53 2 표류부하손 196 160 8
고효율전동기단계별설계사례 3상유도전동기 5HP급 4극기준 (H사) 초기모델 ( 표준전동기 ) 고정자슬롯의코일점적률 (Fill Factor) 을 54.4[%] 64.4[%] 로개선시철심코어를 S60 S18로바꾸면 ( 고급무방향성강판이용 ) 축방향길이 ( 코어의적층길이 ) 를 100 100[mm] 로개선시턴수를 32회 26회로바꾸면 End Ring을 (8 18.5) (25 30)[mm2] 로개선시최적화기법을사용한회전자슬롯의설계이용기계손 (F & W Loss) 과표류부하손 (Stray Loss) 을 30[%] 줄이면 효율 [%] 81.5 82.3 85.1 84.5 87.0 88.5 88.9 89.5
전동기성능시험결과비교 온도 ( ) 구분 부분부하 전부하 권선베어링프레임 표준형 (L, H 사 ) 고효율 (H 사 ) 64.3 19.8 24.9 22.1 17.9 15.9 645W 297W 12,482W 12,039W 비고 Δ44.5 Δ2.8 Δ2.0 Δ348W Δ443W
전동기효율및토오크비교 구분효율 (%) 토오크 ( kg.m) 역률 (%) 부하율 100% 75% 50% 35% 100% 75% 50% 35% 100% 50% 표준형고효율 89.43 92.92 89.21 93.34 87.60 92.69 83.78 90.64 11.7 13.0 11.0 11.1 10.0 10.2 8.2 8.3 85.04 88.05 71.52 73.90 비고 3.19 4.13 5.09 6.86 1.3 0.1 0.2 0.1 3.01 2.38
고효율전동기적용 Tip Logo 유체기계의 VALVE 또는 DAMPER 를사용하여유량을제어하고있는경우에는고효율전동기에앞서가변속제어의검토가필요 펌프의 Valve 제어시 / 속도제어시전동기손실값비교 Valve 제어시 속도제어시 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 100% 부하 50% 부하 25% 부하 철손 마찰풍손 1차동손 2차동손 표류부하손 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 100% 부하 50% 부하 25% 부하 철손 마찰풍손 1차동손 2차동손 표류부하손
고효율전동기가적용된사례 펌프용전동기로사용되고있는표준전동기를고효율전동기로교체 1 주간입력부하를측정한결과표준전동기보다많은전력이소모됨 현상 기존전동기소모전력 8.00 kw/h 회전수 1,740RPM 효율 87.0 % 출력 = 입력 x 효율 =8.0 x 0.87 = 6.96 kw 교체된고효율전동기소모전력 8,05 kw/h 회전수 1,770RPM 효율 91.0% 출력 = 입력 x 효율 =8.05 x 0.91 = 7.33 kw 원인 펌프, 팬과같은부하는회전수의제곱비로요구토오크가증가하며, 출력은 3 승으로증가함 증가한회전수에의해출력및유량이 5.3% 증가함으로써소비전력이증가함.
빙축열 Logo 시스템별축열용량 [ 축열 ( 빙축열 ) 시스템별축열량 ] Ice - Ice-Capsule 구분 Coil Ice-Ball Ice-Lens Slurry Harvest Mean RT/m 3 8.76 14.95 17.93 10.80 10.80 12.79 압축기의전격 COP [ 냉동기종류및제작처별 COP 변화 ] 국명 데이터 SCREW RECIPRO TURBO MEAN 국내 주간 COP 3.91 3.44 3.69 3.74 야간 COP 2.85 2.61 3.30 2.90 COP 27.1 24.1 10.5 22.3 감소율 (%) 국외 주간 COP 3.75 3.86 4.58 3.98 야간 COP 3.16 3.10 4.28 3.43 COP 15.7 19.7 6.4 14.0 감소율 (%) 평균주간 COP 3.87 3.55 3.91 3.80 평균야간 COP 2.93 2.73 3.55 3.03 COP 감소율 (%) 24.3 22.9 9.3 20.1
시스템 COP [ 축냉 ( 빙축열 ) 시스템별정격 COP] 축열방식 주간COP ( 압축기 ) 야간COP ( 압축기 ) 주간COP ( 시스템 ) 야간COP ( 시스템 ) Ice Lens 3.69 3.30 2.86 2.50 Ice Ball 4.08 3.18 2.67 2.08 Slurry 3.70 3.15 2.66 2.28 Ice-on-Coil 3.91 2.86 2.76 1.98 Harvest 3.65 2.93 2.78 2.15 Neam 3.85 3.08 2.75 2.17
운전방식 축열조담당 ( 방냉운전 ) 냉동기담당 ( 냉방운전 ) 부하 부하 냉동기 ( 축냉운전 ) 냉동기담당 ( 방냉운전 ) 냉동기 ( 축냉운전 ) 냉동기 ( 축냉운전 ) 축열조담당 ( 방냉운전 ) 냉동기 ( 축냉운전 ) 0시 8시 18 시 22 시 24 시 0시 8시 18 시 22 시 24 시 A. 냉동기우선운전방식 B. 축열조우선운전방식
냉동기설치위치 Logo 냉동기 축열조 축열조 펌프 열교환기 펌프 냉동기 열교환기 Chiller Upstream Type Chiller Downstream Type
해빙방식 Logo 직접해빙방식직접해빙방식 간접해빙방식간접해빙방식 냉동기 냉동기 열교환기 열교환기 축열조 펌프 펌프
빙축열의해빙 / 제빙도 Logo Type Ice Melting Process Ice-on-Coil (Direct Melting) Ice Brine Water Ice Water Brine Water Brine Ice water Ice water water Water Ice-on-Coil (Indirect Melting) brine Brine Brine Brine Water Brine Brine Ice Capsule Capsule (Ice) Ice Brine
Ice Harvest System Logo 빙축열시스템 (Harvest) Harvest 시스템의제빙 #1 호 #1 호 H E X #2 호 #2 호 H E X 증발기 (#1) 증발기 (#2) Ice-made tank
빙축열시스템 (Ice Slurry) Logo 슬러리시스템 #1 호 #1 호 H E X #2 호 #2 호 H E X ORE (#1) ORE (#2) Ice slurry tank