목차(동력설비의 에너지 절약)
동력설비의 에너지 절약
- 최근 건축물의 높은 에너지 소비율, 온실가스 배출량 증가, 건물의 노후화, 에너지 과다사용으로 에너지 소비량 증가
- 전체 에너지 소비 중 동력설비가 60~70%로 많이 사용되므로 이에 대한 고효율 기기 도입, 적정시스템 설계 및 운영관리를 통한 에너지 절약이 필요
- 따라서 고효율기기사용, 효율적 운영 및 제어, 적정한 유지보수 및 관리로 전력수급의 안정, 전력요금 및 비용절감, 온실가스 감축과 환경대책에 기여할 수 있다
1️⃣에너지 절약의 목적(필요성)
- 고효율 기기의 선정 및 보급
- 효율적인 운영 및 제어
- 적절한 유지보수 및 관리
- 전력비용 절감으로 원가 절감
- 전력수급의 안정화
- 온난화 대책에 기여하여 환경성 재고
2️⃣에너지 절감 시 사전검토 항목
1)정부의 에너지 절약 대책
- 에너지이용합리화법, 건축물 에너지 절약 설계기준, 전력수요 관리사업 지침
- 고효율 기자제 인증제도, 보급촉진규정, 건축물 에너지 효율등급 인증제도
- 자발적 협약(VA), ESCO사업 등에 포함되어 있는 동력설비의 에너지 절감시책을 충실히 반영하여야 한다.
2)동력설비의 검토사항
| 구분 | 검토사항 |
|---|---|
| 부하 전동기 | 부하토크, 회전속도, 운전방식, 부하율, 효율개선, 역률개선 |
| 결합방식 | 슬립손실저감, 증감속도와 손실저감 |
3)LCC측면에서 검토
LCC측면에서 에너지 절약 극대화 방안 계획, 설계단계에서부터 검토하여 VE실시한다
3️⃣동력설비의 에너지 절감
1)전동기설비의 에너지 절약
- 고효율 전동기 채용
- 600[V]이하 3상유도 전동기에 고효율 전동기 사용
- 손실20~30[%]저감되고, 효율4~10[%]향상
- 고효율 유도전동기의 생산판매 의무화 : 0.75[kw]이상
- 효율적 운전
- 공회전 방지는 2~3배 전력소모(불필요 시는 정지)방지
- 경부하 운전 방지 : 약 80~90[%]부하 시 효율이 최대
- 전압 불평형 방지, 동력설비 전용 간선 필요
2)반송설비의 에너지 절약
- 인버터 방식채용 : 1회 왕복시 약 50[%]절전 효과
- 군관리 방식 채용 : 여러대의 필요 없는 가동을 최소의 가동으로 최대 효과 기대
- 격층 운행 : 격층 운행 시 약 10[%] 절감
- 에스컬레이터 수평보행기는 평상시 정지, 인체감지 후 작동하는 가동 시스템 운영
3)VVVF인버터 방식 에너지 절약
- 가변전압 가변주파수 장치로 전압과 주파수를 변환시켜 전동기 속도제어방식
- 2승 저감토크 부하인 펌프, 팬, 블로어에서 절감 효과 우수
- 인버터 방식 적용 30~70[%] 에너지 절감 효과 기대
- 고조파 전동기 온도상승, 전원의 맥동현상 등에 대한 대책이 필요
4)역률개선 에너지 절약
- 적정한 용량의 콘덴서 설치
- 설치방법은 모선측 설치, 부하측 설치, 모선+부하측 분산 설치가 있으나 적합한 장소에 맞게 선택하여 설치
- 역률개선 시 변압기, 배전선 손실 저감, 저안강하 경감, 전력요금 경감, 설비용량의 여유증가 등을 가져올 수 있다
5)공조설비의 에너지 절약
- 고효율 냉동기, 가스 직화식 흡수식 냉동기 채용
- 냉동기 대수 분할 필요, FCU대수제어 필요
6)심야전력 이용설비 채용
- 심야시간대 심야전력 기기(축열식, 축랭식)냉방기기 사용시 별도로 계량기를 설치하여 전기요금 할인 혜택
- 빙축열 시스템 채용 : 심야 시간대 냉동기 가동 축열조에 얼음을 저장하여 주간의 피크 시간대 축열조에서 냉방부하에 공급
7)운용관리 측면에서 에너지 절약
- BAS적용
냉난방 및 전력시스템을 총괄 감시하고 제어하여 가장 효율이 있는 최적 운전을 하여 에너지를 절약한다
- 수요관리
동력설비의 최대전력 수요관리하여 에너지 절약
4️⃣전동기설비의 에너지 절약 방안
1)부하의 특성과 용도에 알맞은 적정한 용량의 것을 선택
부하특성에 알맞은 전동기의 용량을 선택하여 과설계로 인한 초기 투자비와 운용전력비가 증가되거나, 저설계로 인하여 부하측 용량 부족에 의항 문제가 발생하지 않도록 적절한 설계 필요
2)3.7[kw]이상의 전동기에는 기동장치설치
일정용량 이상의 전동기에는 기동장치를 설치하여 직입기동에 의한 과전류로 변압기 및 케이블 등이 증가되지 않도록 설계
3)효율이 좋은 전동기 채택
- 현황
- 우리나라 전체 전력 사용량 중 3상 전동기가 소모하는 비중이 40[%]에 이를 만큼 고효율 전동기의 사용이 국가 에너지 저감대책을 위한 시급한 과제로 떠오르고 있다
- 고효율 전동기는 전압600[V]이하의 3상유도전동기를 말하고, 표준전동기보다 20~30[%]정도 전력손실을 줄이고 효율은 3~18%정도 높다
- 적은 전력량을 사용하면서도 운전효율이 높으며, 내구성이 뛰어나 운전시간이 길어 경제성이 뛰어난 장점을 가지고 있다.
- 특징
- 효율의 극대화로 우수한 절전효과 : 철심, 권선의 최적설계 및 고급자재 사용으로 손실을 표준대비 20~30[%]정도 전력손실을 줄이고 효율은 3~18[%]정도 높다
- 적은 전력량을 사용하면서도 운전효율이 높으며 내구성이 뛰어나 운전시간이 길어 경제성이 뛰어난 장점을 가지고 있다
- 특징
- 낮은 온도상승으로 권선 수명 연장
F종 절연채택, Service Factor 1.15를 적용하여, 온도상승에 여유를 확보함으로써 권선의 절연수명, 즉 전동기수명을 연장 - 높은 경제성
손실이 적은 절전형으로 표준전동기보다 제품비용은 상승되나 운전중 Cost가 낮으므로 초기 상승비용을 단기간에 회수 가능할 뿐만 아니라 운전시간이 길어질수록 경제성이 높아짐 - 저소음화
풍손 저감을 위한 외부팬 형상 및 구조변경으로 통풍음, 전지음이 작아져 표준전동기 대비 3~8[%]정도 소음이 작아짐 - 높은 호환성
대부분의 용량이 표준전동기와 외형치수가 동일하여 기존 전동기와 호환성을 유지할 수 있다
- 적용부하
- 가동률이 높고 연속운전이 되는 곳
- 정숙운전이 필요한 곳(저진동, 저소음)
- 피크부하가 걸리는 곳(여름철 공조용)
- 전원용량이 작고 설비증가가 제한된곳
4)유도전동기 속도제어방식은 VVVF방식채택
- 원리
- 특징
- 속도제어 용이 : 주파수를 가변하여 모터 속도제어가 용이하다
- 에너지 절감 : 전기에너지를 30~70%까지 절약이 가능하다
- 제동의 용이성 : 기계적 정지장치인 브레이크 없이 전기적으로 모터정지가 가능하다
- 품질 생산성 향상 : 제조라인등에서 부하에 다른 최적의 속도제어를 구현하여 증/감속 운전으로 품질 및 생산성에 기여
- 기동 시 충격완화 : 상용전원 기동 시 모터 정격의 5~6배 정도 기동전류 스트레스가 없다
- 환경의 쾌적성 : 공조기 등은 속도제어에 의해 온도조절을 하여 쾌적한 환경 제공
- 순시정전 보상 : 순시정전 보상기능을 정지가 없는 모터 운전이 가능
- 전원 역률 및 효율 : 전파정류 회로가 존재하여 위상지연이 없으므로 진상콘덴서의 설치가 불필요하며, 효율은 95[%]이상
5)경부하 운전, 공회전 방지를 위한 스위치와 검출계 전류계 설치
- 경부하 운전 및 무부하 운전에 대하여 검출하거나 스위칭하여 에너지 절감
6)전동기 가동 시에만 콘덴서가 연결되도록 회로구성
7)작업에 지장이 없는 경우 전동기 가동시간을 야간시간대로 이동하여 값싼 심야전력을 이용하고 피크치의 관리 필요
8)부하의 크기에 따라 대수 제어
- 전동기를 분할하여 효율이 높은 방향으로 운전
목차(동력설비의 에너지 절약)
동력설비의 에너지 절약
💯기출문제
○09고효율 전동기의 특징을 설명하시오
고효율 전동기의 주요 특징
- 높은 에너지 효율: 일반 전동기 대비 3~5% 이상의 높은 효율을 자랑합니다. 이는 전력 손실을 줄여 에너지 비용을 절감하는 데 크게 기여합니다.
- 낮은 동손: 고품질의 구리 선재를 사용하고 권선 설계를 최적화하여 동손을 줄였습니다. 동손은 전동기 내부에서 발생하는 열 손실의 주요 원인 중 하나입니다.
- 낮은 철손: 고품질의 철심을 사용하고 철심 설계를 최적화하여 철손을 줄였습니다. 철손은 철심 내에서 발생하는 와류 손실과 히스테리시스 손실을 의미합니다.
- 낮은 소음: 효율 향상과 함께 소음도 감소시켰습니다. 이는 팬 설계 개선, 진동 감소 등을 통해 가능합니다.
- 긴 수명: 낮은 동작 온도와 우수한 절연 재료를 사용하여 전동기의 수명을 연장시켰습니다.
- 다양한 사이즈 및 종류: 다양한 용도에 맞춰 다양한 사이즈와 종류의 고효율 전동기를 생산하고 있습니다.
고효율 전동기의 장점
- 에너지 절감: 전력 소비를 줄여 생산 비용을 절감할 수 있습니다.
- 환경 보호: 온실가스 배출 감소에 기여하여 환경 보호에 도움이 됩니다.
- 운전 비용 절감: 전력 요금 감소뿐만 아니라 유지보수 비용도 절감할 수 있습니다.
- 설비 수명 연장: 낮은 동작 온도로 인해 설비의 수명이 연장됩니다.
고효율 전동기의 활용 분야
- 산업 현장: 펌프, 송풍기, 압축기 등 다양한 산업용 설비에 적용됩니다.
- 건물: 엘리베이터, 에스컬레이터, 공조 시스템 등에 사용됩니다.
- 가전제품: 냉장고, 세탁기 등에 적용되어 에너지 효율을 높입니다.
고효율 전동기 도입 시 고려 사항
- 초기 투자 비용: 일반 전동기에 비해 초기 투자 비용이 높을 수 있습니다.
- 호환성: 기존 설비와의 호환성을 고려해야 합니다.
- 정부 지원 정책: 정부에서 제공하는 다양한 지원 정책을 활용할 수 있습니다.
●13전동기 설비의 에너지절약설계방안
●A17인버터 시스템 적용 시 고려사항을 인버터와 전동기로 구분하여 설명
인버터 고려 사항
- 용량:
- 부하 전동기의 정격 전류 및 기동 시 필요한 전류를 충분히 감당할 수 있는 용량을 선택해야 합니다.
- 마진을 두어 장기적인 시스템 확장 가능성을 고려하는 것이 좋습니다.
- 출력 주파수:
- 부하 전동기의 운전 주파수 범위를 충족해야 합니다.
- 출력 전압:
- 부하 전동기의 정격 전압과 일치해야 합니다.
- 제어 방식:
- V/F 제어, 벡터 제어 등 다양한 제어 방식이 있습니다. 부하의 특성과 요구되는 성능에 따라 적절한 제어 방식을 선택해야 합니다.
- 보호 기능:
- 과전류, 과부하, 과열, 저전압 등 다양한 이상 상황에 대한 보호 기능이 포함되어 있는지 확인해야 합니다.
- 환경 조건:
- 설치 환경의 온도, 습도, 먼지 등을 고려하여 적절한 등급의 인버터를 선택해야 합니다.
- 통신 기능:
- 상위 시스템과의 통신을 위한 기능이 필요한 경우, 해당 기능을 지원하는 인버터를 선택해야 합니다.
- 효율:
- 에너지 절감을 위해 고효율 인버터를 선택하는 것이 좋습니다.
전동기 고려 사항
- 종류:
- 유도 전동기, 동기 전동기 등 다양한 종류의 전동기가 있습니다. 인버터와의 호환성을 고려하여 적절한 전동기를 선택해야 합니다.
- 정격:
- 인버터의 출력 용량과 일치하는 정격의 전동기를 선택해야 합니다.
- 절연 등급:
- 인버터에서 발생하는 고조파 전류에 대한 내성을 고려하여 절연 등급이 높은 전동기를 선택하는 것이 좋습니다.
- 냉각 방식:
- 인버터 구동 시 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있는 냉각 방식을 갖춘 전동기를 선택해야 합니다.
- 기계적 강도:
- 변속 운전 시 발생하는 기계적 스트레스를 견딜 수 있도록 충분한 기계적 강도를 갖춘 전동기를 선택해야 합니다.
인버터와 전동기의 호환성
- 전압 및 주파수: 인버터의 출력 전압과 주파수가 전동기의 정격 전압과 주파수와 일치해야 합니다.
- 제어 방식: 인버터의 제어 방식과 전동기의 특성이 서로 맞아야 합니다.
- 모터 드라이버: 일부 인버터는 특정 종류의 전동기와만 호환되는 모터 드라이버를 사용할 수 있습니다.
추가적인 고려 사항
- 소음: 인버터 구동 시 발생하는 소음을 줄이기 위한 방안을 마련해야 합니다.
- 진동: 인버터 구동 시 발생하는 진동을 줄이기 위한 방안을 마련해야 합니다.
- EMC: 전자파 적합성을 고려하여 다른 장비와의 간섭을 최소화해야 합니다.
- 안전: 안전 규정을 준수하여 시스템을 설계하고 운용해야 합니다.
●A18동력설비의 에너지 절감 방안을 전원공급, 전동기 부하사용측면에서 각각 설명
1. 전원 공급 측면
- 고효율 변압기 사용: 변압기는 전력 손실의 주요 원인 중 하나입니다. 고효율 변압기를 사용하여 무부하 손실과 부하 손실을 줄일 수 있습니다.
- 역률 개선: 역률이 낮으면 무효 전력이 증가하여 전력 손실이 커집니다. 역률 개선기를 설치하여 역률을 향상시키면 전력 손실을 줄이고, 설비 용량을 효율적으로 활용할 수 있습니다.
- 전압 안정화: 전압이 불안정하면 전동기의 효율이 저하되고, 수명이 단축될 수 있습니다. 전압 안정기를 설치하여 전압을 일정하게 유지하면 에너지 절감에 도움이 됩니다.
- 전력 품질 개선: 고조파, 플리커 등 전력 품질 문제는 설비의 수명을 단축시키고 에너지 손실을 야기합니다. 적절한 필터를 설치하여 전력 품질을 개선하면 에너지 효율을 높일 수 있습니다.
- 스마트 그리드 도입: 스마트 그리드를 도입하면 실시간으로 에너지 사용량을 모니터링하고, 효율적인 에너지 관리가 가능합니다. 예를 들어, 피크 시간대에는 전력 사용량을 줄이고, 야간에는 전력을 저장하여 활용하는 등의 방식으로 에너지 비용을 절감할 수 있습니다.
2. 전동기 부하 사용 측면
- 고효율 전동기 사용: 고효율 전동기는 일반 전동기에 비해 에너지 효율이 높아 전력 소비를 줄일 수 있습니다.
- 인버터 제어: 인버터를 사용하여 전동기의 속도를 정밀하게 제어하면 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 펌프나 팬 등의 부하는 필요한 만큼만 구동하여 에너지를 절약할 수 있습니다.
- 부하 최적화: 각종 부하의 가동 시간, 가동률 등을 분석하여 불필요한 부하를 줄이고, 부하를 최적화하면 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다.
- 정기적인 점검 및 보수: 전동기의 상태를 정기적으로 점검하고, 필요한 경우 보수를 실시하여 효율을 유지해야 합니다.
- 소프트 스타터 사용: 전동기 기동 시 발생하는 큰 전류를 줄여 전력 계통에 미치는 영향을 완화하고, 전동기의 수명을 연장할 수 있습니다.
3. 기타
- 에너지 관리 시스템 도입: 에너지 사용량을 실시간으로 모니터링하고 분석하여 에너지 절감 목표를 설정하고 관리할 수 있는 시스템을 도입하는 것이 효과적입니다.
- 직원 교육: 에너지 절약에 대한 중요성을 인식시키고, 에너지 절약을 위한 행동 변화를 유도하는 교육을 실시해야 합니다.
목차(동력설비의 에너지 절약)
동력설비의 에너지 절약
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