AC 변전설비 용량결정

• 부하설비 용량의 추정
• 변압기 용량 결정
• 계약전력의 결정

설계시 고려사항

• 장래증설용량
• 단락전류계산
• 변압기 용량선정시 주의사항

• 부하조사
• 변전방식과 변압기 대수
• 변압기 손실과 효율
• 전압변동과 전압강하
• 주위온도와 발열량의 파악
• 단락전류 추정과 차단기 선정
• 단락전류 억제대책
• 변압기 병렬운전
• 변압기 결선
• 고조파
• 부하불평형

1️⃣수용률(Demand Factor)

• 기간 중 수용가의 최대수요전력과 수용가에 설비된 부하설비용량의 합계의 비
• 수변전설비의 용량결정, 특히 변압기의 용량결정시에 부하설비 용량의 합계로 용량을 설계하면,과도한 용량설계로 경제성 및 단락전류 증가 등의 문제가 되기 때문에 부하설비 용량에 수용률을 곱하여 최대수요전력을 결정

2️⃣부등률(Diversity Factor)

• 각각의 부하군은 최대부하는 같은 시간에 일어나지 않아, 발생시간의 차이가 있다.
• 부등률은 최대전력이 발생하는 시간 또는 시기의 분산을 나타내는 지표이다. 부등률이 크다는 것은 설비의 이용도가 큰 것을 나타낸다.

3️⃣부하율(Load Factor)

• 일정기간 중의 평균전력과 동일 기간 중의 최대전력의 비로 일부하율, 월부하율, 연부하율이 있으며, 공급설비의 효율적인 이용정도를 나타내는 지표
• 공급설비는 막대한 투자를 수반하므로 부하율을 향상시켜 설비의 이용률을 증대시켜야 한다.

4️⃣관계

• 부하조사
• 변전방식과 변압기 대수
• 변압기 손실과 효율
• 전압변동과 전압강하
• 주위온도와 발열량의 파악
• 단락전류 추정과 차단기 선정
• 단락전류 억제대책
• 변압기 병렬운전
• 변압기 결선
• 고조파
• 부하불평형

1. 변압기 부하율 측정 및 분석

• 부하율 계산: 변압기의 용량 대비 실제 부하를 백분율로 나타낸 값입니다.
• 적정 부하율 범위: 일반적으로 변압기의 수명을 고려하여 60~80% 정도의 부하율을 적정하다고 판단합니다.
• 측정 방법: 변압기의 1차 및 2차측 전류를 측정하여 부하를 계산하고, 변압기의 명판 용량과 비교합니다.
• 분석: 장기간의 부하율 변화를 분석하여 과부하 또는 저부하 상태가 반복되는지 확인합니다.

2. 온도 측정 및 분석

• 변압기 온도: 변압기 내부의 온도는 부하 변화에 따라 변하며, 과부하 시 온도가 상승합니다.
• 온도 센서: 변압기 내부에 설치된 온도 센서를 통해 온도를 측정합니다.
• 허용 온도: 변압기의 종류와 절연 재료에 따라 허용 온도가 다르므로, 제조사의 기술자료를 참고합니다.
• 분석: 장기간의 온도 변화를 분석하여 과열 현상이 발생하는지 확인합니다.

3. 유류 분석

• 절연유 상태: 변압기 내부의 절연유는 절연 기능뿐만 아니라 냉각 기능도 수행합니다.
• 유중 가스 분석: 절연유를 분석하여 가스 발생량, 수분 함량 등을 측정합니다.
• 절연 열화 판단: 가스 발생량이 증가하거나 수분 함량이 높으면 절연 열화가 진행될 가능성이 높습니다.
• 분석: 정기적인 유중 가스 분석을 통해 절연 상태를 평가하고 변압기의 수명을 예측합니다.

4. 진동 및 소음 측정

• 진동 및 소음 발생 원인: 변압기 내부의 코일 풀림, 철심 손상 등의 문제가 발생하면 진동과 소음이 발생할 수 있습니다.
• 측정 방법: 진동 센서와 소음 측정기를 이용하여 진동과 소음을 측정합니다.
• 기준값 비교: 제조사에서 제공하는 기준값과 비교하여 이상 유무를 판단합니다.
• 분석: 장기간의 진동 및 소음 변화를 분석하여 이상 징후를 조기에 발견합니다.

5. 계기판 및 보호계전기 상태 점검

• 계기판: 전압, 전류, 주파수 등을 표시하는 계기판의 정확도를 확인합니다.
• 보호계전기: 과전류, 지락 등의 이상 상황 발생 시 동작하는 보호계전기의 설정값과 동작 상태를 점검합니다.
• 점검 주기: 정기적인 점검을 통해 계기판과 보호계전기의 오동작을 방지합니다.

적정 용량 운전 판단 시 고려 사항

• 계절별 부하 변동: 계절에 따라 부하 변동이 크므로, 계절별 부하 특성을 고려해야 합니다.
• 부하 성장: 미래의 부하 성장을 예측하여 변압기 용량의 적정성을 판단해야 합니다.
• 시설의 중요도: 중요 시설의 경우 예비력을 확보하여 안정적인 전력 공급을 보장해야 합니다.

1️⃣수용률(Demand Factor)

• 기간 중 수용가의 최대수요전력과 수용가에 설비된 부하설비용량의 합계의 비
• 수변전설비의 용량결정, 특히 변압기의 용량결정시에 부하설비 용량의 합계로 용량을 설계하면,과도한 용량설계로 경제성 및 단락전류 증가 등의 문제가 되기 때문에 부하설비 용량에 수용률을 곱하여 최대수요전력을 결정

2️⃣부등률(Diversity Factor)

• 각각의 부하군은 최대부하는 같은 시간에 일어나지 않아, 발생시간의 차이가 있다.
• 부등률은 최대전력이 발생하는 시간 또는 시기의 분산을 나타내는 지표이다. 부등률이 크다는 것은 설비의 이용도가 큰 것을 나타낸다.

3️⃣부하율(Load Factor)

• 일정기간 중의 평균전력과 동일 기간 중의 최대전력의 비로 일부하율, 월부하율, 연부하율이 있으며, 공급설비의 효율적인 이용정도를 나타내는 지표
• 공급설비는 막대한 투자를 수반하므로 부하율을 향상시켜 설비의 이용률을 증대시켜야 한다.

4️⃣관계

• 전력손실증가
• 단락용량증가
• 설치비증가
• 전기요금 증가
• 수전전압문제
• 시설분담금
• 안전공사 수수료

공동주택 변전설비 시스템의 문제점 및 개선 방안

1. 수용률 적용의 문제점

• 과다 설계: 과거 데이터에 기반한 높은 수용률 적용은 변압기 용량 과다 설계를 초래하여 초기 투자비용 증가, 변압기 효율 저하, 유지 보수 부담 증가 등의 문제를 야기합니다.
• 부하 특성 변화 미반영: 가전제품 보급률 증가, 생활 패턴 변화 등 실제 부하 특성 변화를 제대로 반영하지 못하여 변압기 용량 부족 또는 과잉 설계를 초래할 수 있습니다.
• 세대별 수용률 차이 무시: 세대별 면적, 거주 인원, 생활 패턴 등의 차이를 고려하지 않고 획일적인 수용률을 적용하여 실제 부하 용량과 차이가 발생할 수 있습니다.

2. 변압기 뱅크 구분 및 모선 구성 방법의 문제점

• 획일적인 뱅크 구분: 건축전기설비 설계 기준에 따른 획일적인 변압기 뱅크 구분은 실제 부하 특성을 고려하지 않아 변압기 효율 저하 및 불필요한 운전 손실을 초래할 수 있습니다.
• 비효율적인 모선 구성: 모선 구성 방식에 따라 변압기 운전 효율이 달라질 수 있지만, 이에 대한 고려가 부족한 경우가 많습니다.

3. 개선 방안

• 실제 부하 데이터 기반 수용률 적용: 스마트 미터 등 실제 부하 데이터를 기반으로 수용률을 산정하여 변압기 용량 설계를 최적화합니다.
• 세대별 맞춤형 수용률 적용: 세대별 특성을 고려한 맞춤형 수용률을 적용하여 실제 부하 용량과의 차이를 최소화합니다.
• 부하 특성 변화 반영: 가전제품 보급률, 생활 패턴 변화 등을 주기적으로 파악하여 수용률을 업데이트하고 변압기 용량 설계를 조정합니다.
• 지능형 변압기 뱅크 운전 시스템 도입: 실시간 부하 데이터를 기반으로 변압기 뱅크 운전을 자동 제어하여 효율성을 극대화합니다.
• 효율적인 모선 구성 방식 적용: 변압기 운전 효율을 고려한 모선 구성 방식을 적용하여 전력 손실을 최소화합니다.

• 전력손실증가
• 단락용량증가
• 설치비증가
• 전기요금 증가
• 수전전압문제
• 시설분담금
• 안전공사 수수료

1️⃣수용률(Demand Factor)

• 기간 중 수용가의 최대수요전력과 수용가에 설비된 부하설비용량의 합계의 비
• 수변전설비의 용량결정, 특히 변압기의 용량결정시에 부하설비 용량의 합계로 용량을 설계하면,과도한 용량설계로 경제성 및 단락전류 증가 등의 문제가 되기 때문에 부하설비 용량에 수용률을 곱하여 최대수요전력을 결정

2️⃣부등률(Diversity Factor)

• 각각의 부하군은 최대부하는 같은 시간에 일어나지 않아, 발생시간의 차이가 있다.
• 부등률은 최대전력이 발생하는 시간 또는 시기의 분산을 나타내는 지표이다. 부등률이 크다는 것은 설비의 이용도가 큰 것을 나타낸다.

3️⃣부하율(Load Factor)

• 일정기간 중의 평균전력과 동일 기간 중의 최대전력의 비로 일부하율, 월부하율, 연부하율이 있으며, 공급설비의 효율적인 이용정도를 나타내는 지표
• 공급설비는 막대한 투자를 수반하므로 부하율을 향상시켜 설비의 이용률을 증대시켜야 한다.

4️⃣관계

1️⃣수용률(Demand Factor)

• 기간 중 수용가의 최대수요전력과 수용가에 설비된 부하설비용량의 합계의 비
• 수변전설비의 용량결정, 특히 변압기의 용량결정시에 부하설비 용량의 합계로 용량을 설계하면,과도한 용량설계로 경제성 및 단락전류 증가 등의 문제가 되기 때문에 부하설비 용량에 수용률을 곱하여 최대수요전력을 결정

2️⃣부등률(Diversity Factor)

• 각각의 부하군은 최대부하는 같은 시간에 일어나지 않아, 발생시간의 차이가 있다.
• 부등률은 최대전력이 발생하는 시간 또는 시기의 분산을 나타내는 지표이다. 부등률이 크다는 것은 설비의 이용도가 큰 것을 나타낸다.

3️⃣부하율(Load Factor)

• 일정기간 중의 평균전력과 동일 기간 중의 최대전력의 비로 일부하율, 월부하율, 연부하율이 있으며, 공급설비의 효율적인 이용정도를 나타내는 지표
• 공급설비는 막대한 투자를 수반하므로 부하율을 향상시켜 설비의 이용률을 증대시켜야 한다.

4️⃣관계

1. 이단 강하 방식

• 정의: 특고압에서 고압으로, 고압에서 저압으로 2단계에 걸쳐 강압하는 방식입니다.
• 용량 산정:
  • 1차 변압기 용량: 전체 부하를 고려하여 1차 변압기의 용량을 결정합니다.
  • 2차 변압기 용량: 1차 변압기 2차측 부하를 고려하여 2차 변압기의 용량을 결정합니다.
  • 수용률, 부하율, 부등률 적용: 각 변압기 단계별로 수용률, 부하율, 부등률을 적용하여 용량을 산정합니다.
  • 부등률: 2단 강압 방식에서 주변압기에만 적용하며, 부하의 불균형을 고려하여 용량을 보정하는 값입니다.

2. 직강하 방식

• 정의: 특고압에서 바로 저압으로 한 번에 강압하는 방식입니다.
• 용량 산정:
  • 변압기 용량: 전체 부하를 고려하여 변압기의 용량을 결정합니다.
  • 수용률, 부하율 적용: 변압기에 수용된 부하가 용도별로 구분된 경우 용도별 수용률을 적용하고, 구분되지 않은 경우 부등률까지 적용할 수 있습니다.
  • 부등률: 직강하 방식에서는 부등률을 선택적으로 적용할 수 있습니다.

두 방식의 비교

용량 산정 시 고려 사항

• 부하 특성: 부하의 종류, 크기, 운전 시간 등을 고려하여 수용률, 부하율을 적용해야 합니다.
• 전압 강하: 전압 강하 허용치를 만족하도록 케이블 굵기를 선정해야 합니다.
• 단락 전류: 단락 사고 발생 시 단락 전류를 고려하여 변압기 및 보호 계전기를 선정해야 합니다.
• 미래 부하 증가: 미래 부하 증가를 고려하여 여유 용량을 확보해야 합니다.

1. 주변압기 용량 결정

• 총 부하 계산:
  • 전등 부하, 동력 부하, 전기용접기 부하 등 모든 부하를 합산하여 총 부하를 산출합니다.
  • 각 부하의 역률을 고려하여 유효 전력과 무효 전력을 구분하여 계산해야 합니다.
• 수용률 적용:
  • 각 부하의 종류에 따른 수용률을 적용하여 실제 사용되는 최대 부하를 추정합니다.
  • 수용률은 부하의 종류, 사용 시간대 등에 따라 달라지므로, 관련 자료를 참고하여 적절한 값을 적용해야 합니다.
• 부하율 적용:
  • 변압기의 연중 최대 부하를 고려하여 부하율을 적용합니다.
  • 일반적으로 변압기의 수명을 고려하여 60~80% 정도의 부하율을 적정하다고 판단합니다.
• 부등률 적용:
  • 부하의 불균형을 고려하여 부등률을 적용할 수 있습니다.
  • 부등률은 부하의 종류와 배치에 따라 달라지므로, 관련 자료를 참고하여 적절한 값을 적용해야 합니다.

주변압기 용량 = (총 유효 전력 / 수용률) / 부하율

2. 전등 및 동력 부하에 대한 변압기 용량

• 전등 부하:
  • 조명 기구의 수와 종류, 설치 면적 등을 고려하여 계산합니다.
  • 전등 부하는 주로 역률이 1에 가까운 순수한 유효 전력으로 간주합니다.
• 동력 부하:
  • 전동기, 펌프 등 동력 기기의 용량과 운전 시간을 고려하여 계산합니다.
  • 동력 부하는 역률이 1보다 작은 유효 전력과 무효 전력으로 구성되므로, 역률을 고려하여 계산해야 합니다.

3. 전기용접기에 공급하는 변압기 용량

• 용접기 용량:
  • 용접기의 종류와 용접 조건에 따라 필요한 용량이 다릅니다.
  • 용접기 제조사의 기술자료를 참고하여 용량을 확인해야 합니다.
• 순간 최대 전류:
  • 용접 시 순간적으로 큰 전류가 필요하므로, 변압기는 순간 최대 전류를 견딜 수 있도록 설계되어야 합니다.
• 주변압기와의 연계:
  • 용접기 전용 변압기를 설치하거나, 주변압기 용량에 여유를 두어 용접 부하를 감당할 수 있도록 해야 합니다.

4. 기타 고려 사항

• 전압 강하: 전압 강하 허용치를 만족하도록 케이블 굵기를 선정해야 합니다.
• 단락 전류: 단락 사고 발생 시 단락 전류를 고려하여 변압기 및 보호 계전기를 선정해야 합니다.
• 미래 부하 증가: 미래 부하 증가를 고려하여 여유 용량을 확보해야 합니다.
• 역률 개선: 역률 개선기를 설치하여 역률을 향상시키면 변압기 용량을 효율적으로 활용할 수 있습니다.