수변전설비의 에너지 절약 설계방안

전원설비

수변전설비의 에너지 절약설계방안
전력관리 측면에서의 에너지 절약대책
수용가 전력제어
최대 수요전력제어
Demand Control 방식

목차(수변전설비 에너지절약)
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❓수변전설비의 에너지 절약 설계방안

  • 최근 에너지 설계 및 신재생에너지는 환경적인 측면이나 에너지 수요관리 차원에서 중요
  • 에너지 설비 중에서 전기의 메인설비에서의 중요성은 에너지를 총괄하는 부분에서 설계시 중요하고 세밀하게 관리되어야 함

1️⃣수변전설비의 적정위치선정(*)

변전실 고려사항

수변전설비의 위치는 전압강하, 전력손실, 건설비, 보수성에 영향을 미치므로 다음의 조건에 만족하는 장소를 선정할 필요가 있다.

  • 기기의 반출입이 편리한 장소
  • 부하 중심점에 가깝고 배전에 편리한 장소
  • 전원인입과 구내 배전선의 인출이 편리한 장소
  • 장래 증설을 대비한 공간 확보가 가능한 장소
  • 수해나 염해피해가 적은장소
  • 고온이나 습기가 많은 장소를 피할 것
  • 폭발물이나 가연성 물질이 저장된 장소를 피할 것
  • 부식성 가스나 먼지가 없는 장소
  • 진동이 없고, 지반이 견고한 장소
  • 침수의 염려가 없는 장소

2️⃣변압기 선정 및 운영

1)고효율 변압기 선정

  • 용량이 증가할수록 효율이 증가
  • 동일용량의 경우 절연계급이 낮은 변압기가 효율이 증가
  • 변압기 무부하 손실은 대부분 철손이 차지하므로 고자속 밀도와 규소강판을 사용하면 효율을 증가
  • 기존의 규소강판 대신 아몰퍼스 합금을 사용하면 무부하손(철손)을 기존변압기의 1/5로 줄일 수 있다
  • 하이브리드 변압기 사용 시 고조파 방지, 에너지 손실 절감

2)적정용량 선정

  • 부하 변동을 고려하여 적정 용량의 변압기를 선정하여 과대 용량으로 인한 손실을 방지
  • 변압기용량≥합성최대부하=(설비부하의 합계*수용률)/부등률
  • 수용률=(최대수용전력/설비용량)*100[%]
  • 부등률=(각각의 최대 수용전력의 합/합성 최대 수용전력)

3)변압기 운전방식을 고려한 전력 절약계획

  • 운전대수 제어
    • 복수대의 변압기를 설치하여 부하의 변동에 따라 가장 효율이 좋게 되는 쪽(통합운전)으로 조합하여 운전하고 나머지는 차단하는 방식
  • 소용량 변압기로 교체
    • 대, 소용량 변압기 2대를 설치하여 부하 상태에 따라 변압기 교체 사용

4)온도관리

변압기 주변 온도를 낮춰 손실을 줄이고 수명을 연장

5)무부하 손실 감소

운전하지 않는 변압기는 차단하여 무부하 손실을 최소화

3️⃣ 배전반 설계

  • 고효율 차단기 및 보호 계전기: 에너지 효율이 높은 차단기와 보호 계전기를 사용
  • 배선 방식 개선: 짧고 직선적인 배선 방식을 채택하여 전압 강하를 줄이고 손실을 최소화
  • 적정 용량의 배선: 부하 용량에 맞는 적정 규격의 배선을 사용

4️⃣ 전력용 콘덴서 설치

  • 역률 개선: 전력용 콘덴서를 설치하여 역률을 개선하고 무효 전력을 줄여 전력 손실을 감소시킵니다.
  • 자동 역률 제어: 부하 변동에 따라 자동으로 콘덴서 용량을 조절하는 시스템을 도입합니다.

5️⃣ 에너지 관리 시스템(EMS) 도입

  • 실시간 모니터링: 전력 사용량을 실시간으로 모니터링하여 이상 징후를 조기에 감지하고, 효율적인 운전을 지원합니다.
  • 에너지 절감 제어: 설정된 목표에 따라 자동으로 전력 사용량을 조절합니다.
  • 데이터 분석: 축적된 데이터를 분석하여 에너지 절감 방안을 도출합니다.

6️⃣ 기타

  • 고조파 저감: 고조파 발생을 최소화하여 변압기 및 모터의 수명을 연장하고, 전력 품질을 향상시킵니다.
  • 지능형 건물 시스템(IBS) 연계: 건물 전체의 에너지 사용량을 관리하여 시너지 효과를 창출합니다.
  • 정기적인 점검 및 유지보수: 설비의 상태를 정기적으로 점검하고, 필요한 경우 유지보수를 실시하여 성능 저하를 방지합니다.

전원설비

수변전설비의 에너지 절약설계방안
전력관리 측면에서의 에너지 절약대책
수용가 전력제어
최대 수요전력제어
Demand Control 방식

목차(수변전설비 에너지절약)

💯기출문제

●A01 수변전설비에서 에너지 절약방안을 제시하시오

●A03 대전력 수용가의 입장에서 본 전력분야의 에너지절감을 위한 방법 및 절감방안에 대하여 설명하시오

1. 에너지 진단 및 효율화

  • 정기적인 에너지 진단: 전문가를 통해 시설 내 에너지 소비 현황을 정확하게 파악하고, 에너지 낭비 요인을 찾아 개선합니다.
  • 고효율 설비 도입: 노후화된 설비를 고효율 설비로 교체하고, 에너지 효율이 높은 신기술을 도입합니다. (예: 고효율 모터, 인버터, LED 조명 등)
  • 공정 개선: 생산 공정을 분석하고 불필요한 에너지 소비를 유발하는 요소를 개선합니다. (예: 열 회수 시스템 도입, 공기 압축 시스템 최적화 등)
  • 건물 에너지 관리 시스템(BEMS) 도입: 건물 내 에너지 사용량을 실시간으로 모니터링하고, 최적의 에너지 사용 환경을 조성합니다.

2. 수요 관리

  • 피크 시간대 전력 사용량 감축: 피크 시간대에 에너지 소비가 큰 설비의 가동을 줄이거나, 비피크 시간대로 전환합니다.
  • 시간대별 요금제 활용: 전력 사용량이 적은 시간대에 전력을 많이 사용하여 요금을 절감합니다.
  • ESS(에너지 저장 시스템) 도입: 잉여 전력을 저장하여 피크 시간대에 활용하고, 전력 요금 변동에 대응합니다.

3. 신재생에너지 도입

  • 태양광 발전: 자체적으로 전력을 생산하여 에너지 자립도를 높이고, 전력 구매 비용을 절감합니다.
  • 지열 발전: 냉난방에 활용하여 에너지 소비를 줄입니다.
  • 연료전지: 고효율 발전으로 전력과 열을 동시에 생산하여 에너지 효율을 향상시킵니다.

4. 제도 활용

  • 정부 지원 사업: 에너지 절약 투자에 대한 정부 지원 사업을 적극 활용합니다. (예: 투자 세액 공제, 저금리 융자 등)
  • 에너지 절약 컨설팅: 전문 컨설팅 기관을 통해 맞춤형 에너지 절감 방안을 수립합니다.

5. 직원 교육 및 참여 유도

  • 에너지 절약 교육: 직원들에게 에너지 절약의 중요성을 인식시키고, 실천 방법을 교육합니다.
  • 에너지 절약 경진대회: 직원들의 참여를 유도하고, 에너지 절약 문화를 확산시킵니다.

대전력 수용가를 위한 에너지 절감 성공 사례

  • 제조업: 생산 공정 개선, 고효율 설비 도입, BEMS 구축을 통해 에너지 소비를 30% 이상 절감
  • 데이터센터: 냉각 시스템 개선, 서버 가상화, 친환경 냉매 도입으로 에너지 효율 향상
  • 상업시설: LED 조명 교체, BEMS 구축, 자연 채광 활용으로 에너지 비용 절감

○A05 전력제어설비 장치에 사용되는 부품 중에서 알루미늄 전해 콘덴서의 사용온도와 수명과의 관계에 대하여 설명하시오

알루미늄 전해 콘덴서 개요

알루미늄 전해 콘덴서는 높은 정전용량을 얻을 수 있어 전력 제어 시스템에서 필터링, 커플링, 에너지 저장 등 다양한 용도로 사용됩니다. 하지만 다른 부품들에 비해 온도에 민감하여 사용 온도에 따라 수명이 크게 달라지는 특징을 가지고 있음

사용 온도와 수명의 관계

  • 온도 상승, 수명 감소: 알루미늄 전해 콘덴서는 온도가 상승할수록 내부 전해액의 증발이 가속화되어 수명이 단축됩니다. 일반적으로 온도가 10℃ 상승하면 수명이 약 절반으로 감소한다고 알려져 있습니다.
  • 온도 하강, 수명 증가: 반대로 온도가 낮아지면 전해액의 증발이 억제되어 수명이 연장됩니다. 하지만 너무 낮은 온도에서는 전해액의 점도가 증가하여 성능이 저하될 수 있습니다.
  • 정격 온도: 각 콘덴서에는 정격 온도가 명시되어 있으며, 이 온도를 넘지 않도록 사용해야 합니다. 정격 온도를 초과하면 콘덴서의 수명이 급격히 감소하고, 심각한 경우 폭발할 수도 있습니다.

사용 온도가 수명에 미치는 영향의 원리

  • 전해액 증발: 고온에서는 전해액의 증기압이 높아져 증발 속도가 빨라집니다. 전해액이 감소하면 콘덴서의 정전 용량이 감소하고, ESR(등가 직렬 저항)이 증가하여 성능이 저하됩니다.
  • 절연 파괴: 고온에서는 절연체의 절연 내력이 감소하여 누설 전류가 증가하고, 결국 절연 파괴가 발생할 수 있습니다.
  • 재료 열화: 고온에서는 콘덴서 내부의 재료가 열화되어 수명이 단축됩니다.

전력제어설비에서의 고려 사항

  • 냉각 시스템: 콘덴서의 온도를 낮추기 위해 충분한 냉각 시스템을 구축해야 합니다.
  • 열 설계: 콘덴서 주변의 열 설계를 신중하게 진행하여 열 축적을 방지해야 합니다.
  • 정기적인 점검: 콘덴서의 온도를 주기적으로 점검하고, 이상이 발견되면 즉시 교체해야 합니다.
  • 여유 설계: 콘덴서의 정격 용량을 충분히 확보하고, 온도 상승에 따른 성능 저하를 고려하여 여유를 두고 설계해야 합니다.

●A09 부하율 과다, 부하율 개선관련 변압기의 효율적 관리방안

부하율 과다의 문제점

  • 온도 상승: 과도한 전류 흐름으로 인해 변압기 내부 온도가 상승하여 절연 파괴, 수명 단축 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
  • 동손 증가: 동손은 전류의 제곱에 비례하므로 부하율이 높아질수록 동손이 크게 증가하여 에너지 손실이 커집니다.
  • 효율 감소: 부하율이 낮을 때는 철손이 주요 손실이고, 부하율이 높을 때는 동손이 주요 손실이 되므로, 적정 부하율에서 변압기 효율이 최대가 됩니다. 부하율이 과도하면 효율이 감소하여 전력 손실이 커집니다.
  • 변압기 수명 단축: 과부하 상태가 지속되면 변압기의 수명이 단축되어 자주 교체해야 할 수 있습니다.

변압기 효율적 관리 방안

1. 부하 분산:

  • 여러 대의 변압기 병렬 운전: 부하를 여러 대의 변압기에 분산하여 단일 변압기의 부담을 줄입니다.
  • 부하 이동: 피크 시간대의 부하를 비피크 시간대로 이동시켜 부하 곡선을 평탄화합니다.
  • 부하 제어: 필요에 따라 특정 부하를 제어하여 전체 부하를 조절합니다.

2. 변압기 용량 적정화:

  • 정기적인 부하량 조사: 변압기의 부하량을 정기적으로 조사하여 적정 용량의 변압기를 사용합니다.
  • 과대 용량 변압기 교체: 과대 용량의 변압기를 적정 용량의 변압기로 교체하여 투자 비용을 절감하고 효율을 높입니다.

3. 변압기 유지보수 강화:

  • 정기적인 점검: 절연유 상태, 온도, 소음 등을 정기적으로 점검하여 이상 유무를 확인합니다.
  • 예방 정비: 예방 정비를 통해 고장을 미리 방지하고 수명을 연장합니다.
  • 노후 변압기 교체: 노후화된 변압기를 신규 변압기로 교체하여 효율을 높입니다.

4. 최신 기술 활용:

  • 스마트 변압기: IoT 기술을 활용하여 변압기의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 고장을 예측하여 사전에 조치합니다.
  • 에너지 관리 시스템(EMS): 전체 시스템의 에너지 사용량을 실시간으로 모니터링하고, 최적의 운영 방안을 제시합니다.

5. 효율적인 운전:

  • 부하율 조정: 변압기의 부하율을 최대 효율점 부근으로 유지합니다.
  • 무효전력 보상: 무효전력을 보상하여 역률을 개선하고, 전력 손실을 줄입니다.
  • 온도 관리: 변압기 주변 온도를 낮춰 수명을 연장합니다.

●A11 수변전설비 설계시 에너지 절약방안

전원설비

수변전설비의 에너지 절약설계방안
전력관리 측면에서의 에너지 절약대책
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