변압기는 전기기기 중에서 비교적 효율이 높은 기기이지만 항상 전력회로에 연결되어 있으므로 부하와 관계없이 항상 일정량의 무부하손이 소비되고 있다
따라서 신뢰성, 안정성, 경제성, 환경성과 더불어 경제적인 변압기 운영방식에 대해서 설명하기로 하겠다.
변압기의 경제적인 운용방식
1)부하종류에 따른 변압기의 특수성
| 부하종류 | 문제점 | 영향 | 대책 |
|---|---|---|---|
| 정류기 | 고조파발생 | 소음증가 과부하운전 절연노화 | 정류기용 변압기 설치 고조파 차단장치 설치 |
| 아크로 | 아크로 전위 상승으로 이상파형 발생 대전류통전 | 과열에 의한 소손 소음증가 | 노용 변압기 사용 |
| 유도로 | 대전류 통전 부하 불평형 발생 | 과열에 의한 소손 소음 증가 | 노용 변압기 사용 |
2)변압기 구성 및 대수 결정
- 변압기 최소 소요용량의 표준용량 선택
\[변압기 최소 소요용량=\frac{최대부하량[kW]}{역률\times 기기효율}\times 증가 예상량\]
변압기 표준용량 중 최소 소요용량에 가장 근접한 큰 용량을 선정
- 변압기 뱅크 구성방법 결정
- 단상변압기보다 3상변압기 사용하여 경제적 설치면적 축소, 신뢰성 향상
- 가장 효율이 되는 뱅크 구성방법 모색
변압기 최고 효율점의 용량 선정
일반적으로 부하율이 45~55[%]일 경우가 가장 효율이 좋다.
3)변압기의 적정한 용량 선정
- 부하조사표 및 표준부하밀도에 따라 부하용량을 추정한다
- 수용률, 부등률, 부하율 감안하여 변압기 용량을 결정한다
\[ 부하율[\%]= \frac{평균전력} {최대수요전력} \times 100[\%] \]
\[ 수용률 [\%] =\frac{ 최대수요전력} { 부하설비용량} \times 100[\%] \]
\[ 부등률 [\%]\]
\[=\frac{각 부하의 최대수요전력의 합계 } { 합성최대수요전력} ≥1 \]
- 따라서 올바른 변압기 산정으로 손실을 최소화 할 필요가 있다
부하별 변압기 용량계산 -> 직접강압방식/2단강압방식
(1) 부하용량의 집계
부하의 용도별 부하설비 입력[kVA]를 집계한다. 즉 조명용(일반조명, 비상조명), 동력(상용, 비상용), 냉방동력 등으로 구분한다.
(2) 종합 수용률(a) 적용
\[P\left[kVA\right]=\]\[\frac{\left(P_1+P_2+P_3+\cdot \cdot \cdot +P_n\right)}{\eta _{tr}}\times \left(K\times h\right)\]\[=\frac{\Sigma P_L\times \alpha }{\eta _{tr}}\times \left(K\times h\right) \]\[\Sigma P_L : 부하설비용량의\ 합계\]\[\alpha : 종합\ 수용률\]\[ {\eta _{tr}} : 변압기의\ 효율 \]\[ K : 불평형\ 부하에\ 의한\ 용량증가\ 계수\]\[h : 고조파\ 부하에\ 의한\ 용량증가\ 계수\]
주 변압기의 용량 산정 -> 2단강압방식
2차 변압기(부하별 변압기)의 합계에 부등률(β)을 적용하여 주변압기(1차 변압기)의 용량을 산정한다.
\[ P\left[kVA\right]=\frac{\Sigma P_{tr}}{\eta _{tr}\times \beta } \]
\[ P_{tr} : 2차\ 변압기의\ 용량의\ 합계[kVA]\]\[\eta _{tr} : 변압기의 효율 \]\[ \beta : 부등률\]
4)변압기의 경제적인 구매
- 고자속 규소 강판인 유입변압기를 사용하면 20~25%의 에너지 절감
- 저손실, 난연성, 유지보수가 용이한 몰드 변압기를 사용하면 에너지 절감을 가져올수 있다
- 아몰퍼스 변압기를 설치하면 1/5~1/6의 손실을 저감할 수 있다.
5)변압기의 경제적인 운전
- 부하관리 계획
| 부하율의 개선 | 최대 전력관리 |
|---|---|
| 최대부하 발생 요인을 찾아서 그 원인이 되는 생산 상황, 작업방법의 개선, 부하의 일부를 다른 시간대로 이동하는 방법으로 개선 | 피크컷, 피크시프트, 자가발저기동, 디멘드컨트롤 등으로 최대전력을 관리하여 전력요금 경감 |
- 역률관리 계획
| 역률 개선방법 | 역률 개선효과 |
|---|---|
| 진상용 콘덴서 설치 동기조상기에 의한 방법 정지형 무효전력 보상장치 등이 있다 | 전력손실 감소 설비용량의 여유도 증가 전압강하율의 감소 전력요금의 경감 등이 있다. |
- 전압관리 계획
- 적정전압의 유지 : 기기의 효율은 정격전압에서 사용할 때 가장 좋다.
- 전압 변동의 최소화 : 전원 측 리액턴스를 낮게 한다.
- 효율적인 변압기의 병렬운전 선택
- 효율적인 변압기의 냉각방식 선택
6)변압기의 경제적인 유지 및 보수
변압기의 수명에 대한 LCC를 감안하여 관리 교환주기를 잡아 경제적인 운용이 되도록 한다
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