[논문]비상발전기 운영 실태 조사 및 전원 품질 특성에 관한 연구

한운기; 임현성

비상발전기 운영 실태 조사 및 전원 품질 특성에 관한 연구 원문보기

한운기 (전기안전연구원 미래기술연구팀) , 임현성 (전기안전연구원 미래기술연구팀)

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문제 정의

본 연구에서는 비상발전기 가동시 실제 부하에 미치는 영향을 분석하기 위하여 전기안전연구원에서 보유하고 있는 비상 발전기 개조 및 CTTS 스위치를 설치하였다. CTTS 교체에 따른 비상 발전기 계통 연계 실험을 수행하여 MOF 한전측, 변압기 2차측, 발전기, 부하의 전력 품질을 측정하였다.
본 연구에서는 비상발전기 관리 상태 및 수전설비 현황을 파악하고 피크컷 참여시 발생할 수 있는 현장 문제점 등을 파악하기 위하여 피크컷 참여 의사가 있는 수용가를 직접 방문하여 현장실태조사를 수행하였다. 방문 수용가의 비상발전기 및 수전설비 제원은 다음과 같다.
본 연구에서는 전국의 비상발전기 현황과 건물용도별 비상발전기 50개소를 선정하고 비상발전기 관리 현황 및 수전설비 현황 등을 분석하였으며 현장실태조사를 통해 비상발전기 활용 시 현장 문제점 등을 분석하였고, 비상발전기 가동에 따른 전력 품질을 분석하여 비상시 상용 부하에 공급할 수 있는 전원으로서의 활용 가치를 검증하였다.
본 연구에서는 전력수급 위기에 따른 비상발전기 활용을 위하여 비상발전기 현황을 조사하고 전력 피크 대응을 위한 시스템 구축안 및 비상발전기 경제성을 분석하였다.
한전-비상용 발전기 간 병렬운전 모의실험을 위하여 본 연구에서는 전기안전연구원에서 보유하고 있는 비상용 발전기를 대상으로 병렬운전을 위한 비상용 발전기 개조 및 CTTS 스위치를 설치하였다. 전기안전연구원에서 보유하고 있는 비상용 발전기의 제원은 다음 표 5와 같다.
현재 비상발전기가 운영되고 있는 실태를 조사하기 위해서 본 연구에서는 서울특별시에 있는 비상발전기 50대를 선정하여 비상발전기 상태 및 수전설비, 피크컷 참여 여부에 대한 설문조사를 실시하였다.

제안 방법

본 연구에서는 비상발전기 가동시 실제 부하에 미치는 영향을 분석하기 위하여 전기안전연구원에서 보유하고 있는 비상 발전기 개조 및 CTTS 스위치를 설치하였다. CTTS 교체에 따른 비상 발전기 계통 연계 실험을 수행하여 MOF 한전측, 변압기 2차측, 발전기, 부하의 전력 품질을 측정하였다.
CTTS 교체에 따른 비상용 발전기 계통 연계실험을 위하여 본 연구에서는 Dewe-5000 장비를 이용하여 MOF 한전측, 변압기 2차측, 발전기, 부하의 전력 품질을 측정하였다.
그림 10과 같이 CTTS 교체에 따른 비상용 발전기 연계 실험을 위하여 한전 측, 변압기 2차측, 비상용 발전기, 부하 단에 전력 품질 분석을 위한 전압, 전류 등을 측정하였다. 각 측정 지점 별 측정데이터는 다음 표 6과 같다.
본 연구에서는 기존 설치되어 있는 ATS를 제거하지 않고 CTTS를 추가적으로 설치하여 비상용 부하에 연결하였다.
비상용 발전기의 기동 특성 및 한전 간 병렬 운전, 부하 운전 특성을 살펴보기 위하여 상용부하(전등) 및 비상부하가 연결된 상태에서 비상용 발전기를 기동 시킨 후 CTTS 조작을 통하여 비상용 발전기와 한전의 동기가 이루어진 경우 비상용 발전기로 상용부하를 무정전으로 부하 분담을 시키고 이에 따른 비상용 발전기 기동 특성, 한전과의 병렬운전 시 부하 측 전력 품질, 비상용 발전기와 부하 연결 시 부하 측 전력 품질을 분석하였다.
수용가의 비상발전기 현장을 방문하여 비상발전기 관리 상태 및 수전설비 결선도 등을 확인하였다. 또한 비상발전기를 활용한 피크컷 활용에 대한 수용가의 의견 및 현장 문제점을 파악하였으며 수용가가 제시한 의견은 다음과 같다.

성능/효과

01Hz의 동일 주파수가 나타나는 것으로 나타나 비상발전기로 인한 주파수 왜곡 현상은 없는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구의 결과에 의하면 비상발전기 가동에 따른 부하에 미치는 전력 품질이 양호한 것으로 나타나 전력 수급 위기 시 비상 발전기가 새로운 전원으로서의 활용 가치가 충분한 것으로 도출되었다.
519 기준인 5%보다 낮은 수치가 나타났다. 따라서 비상용 발전기 단독으로 부하 연동 운전 시 고조파 성분이 크지 않은 것으로 도출되었다.
본 설문조사에서는 비상 발전기의 혼소시스템 개조 가능 여부를 판단하기 위하여 해당 건물에 도시가스가 공급되고 있는지 여부를 조사하였고, 그 결과 도시가스 공급이 94%(47개조), 미공급이 6%(3개소)로 대부분 건물에서 도시가스가 공급되고 있는 것으로 나타났다.
비상발전기 엔진 종류를 조사한 결과 모든 수용가에서 디젤 발전기를 사용하고 있는 것으로 나타났다.
비상용 발전기의 절체 장치 현황을 살펴보면 그림 4와 같이 대부분의 비상발전기는 ATS(자동 절체 스위치, Automatic Transfer Switch) 88%(44개소)가 설치되어 있으며 차단기가 없이 비상발전기가 연결된 수용가도 일부(12%, 6개소) 존재하는 것으로 나타났다.
용량별 비상 발전기 설치현황을 살펴보면 100kW 미만 0.7%(167kW), 100~300kW 16.9%(3,957kW), 300~500kW 25.1%(5,870kW), 500~1,000kW 10.6%(2,482kW), 1,000~2,000kW 24.8%(5,810kW), 2,000kW 이상 21.9%(5,130kW)를 차지하고 있는 것으로 나타나, 보유 대수는 적으나 설비용량은 크게 차지하고 있는 것으로 나타났다.
주파수의 경우 비상 발전기 측, 부하 측 모두 평균 60.01Hz의 동일 주파수가 나타나는 것으로 나타나 비상발전기로 인한 주파수 왜곡 현상은 없는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구의 결과에 의하면 비상발전기 가동에 따른 부하에 미치는 전력 품질이 양호한 것으로 나타나 전력 수급 위기 시 비상 발전기가 새로운 전원으로서의 활용 가치가 충분한 것으로 도출되었다.
측정지점별 주파수를 살펴보면 표 10과 같이 비상용 발전기 측, 부하 측 모두 평균 60.01Hz로 동일한 주파수가 나타나 비상용 발전기가 단독으로 부하를 분담하더라도 전력 품질 측면에서 우수한 특성을 보이는 것으로 도출되었다.

후속연구

비상발전기 실태조사를 위해 건물 용도별로 50개소, 23MW의 비상발전기를 대상으로 설문조사를 실시하였으며 설문조사 내용으로 도시가스 공급 여부, 비상발전기 활용 여부, 설비 현황 등을 조사한 결과 조사 대상의 대부분은 도시가스가 공급되어 향후 혼소 시스템 적용이 용이할 것으로 사료되며 절체 장치의 경우 대부분 ATS(Automatic Transfer Switch)로 설계되어 있어 부하 전환 시 정전이 수반되기 때문에 이에 대한 보완이 필요한 실정이다. 마지막으로 실제 현장실태조사를 통한 비상발전기를 보유한 수용가의 의견을 정리한 결과 개조 대상에 대한 구체성 및 개조비, 유류비 지원이 필요하며, 개조공사에 따른 경제적인 이득 고려 등에 대한 의견이 제시되어 향후 비상발전기 활성화를 위한 규정 및 제도 개선이 필요한 실정이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

자가발전 크게 어떻게 구분되는가?

자가발전은 크게 상용 자가발전과 비상용 자가발전으로 구분된다. 상용 자가발전은 전력회사로부터 전력공급을 받지 않거나 일부만을 공급받고 자체 발전설비로 평상시 및 비상시에 전원을 상시 공급하는 발전장치로 대부분 플랜트 설비를 운영하고 있는 곳에서 운영되고 있으며, 자체 제품 생산 과정에서 발생되는 폐열 및 부생가스 등을 이용하는 경우와 생산공정용 증기를 다량으로 사용하는 업체에서의 에너지의 이용도를 높이기 위해 자가발전기를 상시로 기동하는 경우가 많다.

비상용 자가발전이란?

비상용 자가발전은 전력회사의 우발적인 전력계통 사고, 정전계획 및 고객의 수전설비 사고 등으로 인한 전력공급의 중단에 대비하여 설치되는 자가발전설비를 일컬으며, 현재 소방법에서 규정하고 있는 비상전원설비와 건축법에서 규정하고 있는 예비전원설비에 공급하기 위한 발전장치로 사용되고 있다. 전기설비 기술기준에서 “비상용 예비전원”이란 수용장소에 시설하는 것으로 상용전원이 정전되었을 때 비상용 예비전원이 상용전원 측의 수용장소에 시설하는 전로이외의 전로와 전기적으로 접속되지 아니하도록 시설로 규정하고 있다.

본 연구에서는 전력수급 위기에 따른 비상발전기 활용을 위하여 비상발전기 현황을 조사하고 전력 피크 대응을 위한 시스템 구축안 및 비상발전기 경제성을 분석하였다, 이에 대한 결과는?

비상발전기 실태조사를 위해 건물 용도별로 50개소, 23MW의 비상발전기를 대상으로 설문조사를 실시하였으며 설문조사 내용으로 도시가스 공급 여부, 비상발전기 활용 여부, 설비 현황 등을 조사한 결과 조사 대상의 대부분은 도시가스가 공급되어 향후 혼소 시스템 적용이 용이할 것으로 사료되며 절체 장치의 경우 대부분 ATS(Automatic Transfer Switch)로 설계되어 있어 부하 전환 시 정전이 수반되기 때문에 이에 대한 보완이 필요한 실정이다. 마지막으로 실제 현장실태조사를 통한 비상발전기를 보유한 수용가의 의견을 정리한 결과 개조 대상에 대한 구체성 및 개조비, 유류비 지원이 필요하며, 개조공사에 따른 경제적인 이득 고려 등에 대한 의견이 제시되어 향후 비상발전기 활성화를 위한 규정 및 제도 개선이 필요한 실정이다.

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