[논문]변압기 효율 적정화를 위한 변압기 부하율 조사 및 추정

김종민; 김영석; 길형준; 송길목

doi:10.5207/jieie.2016.30.1.096

변압기 효율 적정화를 위한 변압기 부하율 조사 및 추정
Investigation and Estimation of Transformer Load Factor for Rationalization of Transformer's Efficiency 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.30 no.1, 2016년, pp.96 - 101

김종민 , 김영석 (한국전기안전공사 전기안전연구원) , 길형준 (한국전기안전공사 전기안전연구원) , 송길목

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, We investigate the number of 795 transformer in the private electrical facilities and analyze the annual load factor. The results show that the annual load factor of transformer is 20.16% in manufacturing industry, education services(school) is 9.59%, retail and wholesale services is 19.68%, resort and leisure industry is 10.93%, office building is 13.10%, and apartment houses is 14.69%. Education services, resort and leisure industry are being operated with a very low annual load factor. The relatively small capacity of less than 500kVA transformer also been analyzed that is being operated with a low load factor. Therefore, In order to minimize the power loss of the transformer, it is advisable to complement the Transformer Efficiency Management system to be designed the efficiency is good transformer when the load is low. Analysis results will be used as the basis for the provision of transformer efficiency management system and be used High-efficiency transformers promotion system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 현장에서 사용되어지고 있는 자가용 전기설비에 대해 산업별 변압기의 부하율을 조사하였으며, 조사결과는 변압기 효율관리의 정책마련 및 고효율변압기의 보급을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
부하율(B)은 특정시점에서 변압기가 공급하는 부하용량(부하전류)과 해당 변압기의 정격용량(정격전류)과의 비율을 의미하는 것으로 변압기의 효율을 결정하는 요소가 된다. 본 논문에서는 효율과 관계되는 부하율(B)을 조사하였다.
본 연구에서는 현장에서 사용되어지고 있는 자가용 전기설비의 변압기 795대에 대해 현장조사를 실시하고 연간부하율을 조사하였다. 조사결과 제조업의 변압기 연간부하율은 20.

제안 방법

표본은 전국 자가용 전기설비 중에서 분류 업종에 따라 무작위로 추출하였다. 그 다음 조사 업종 표본수용가를 직접 현장 방문하여 수용가의 협조하에 단선결선도를 파악하여 변압기별 기본 자료를 조사함과 동시에 고압측의 CT, PT를 이용 또는 저압측 부하전류를 측정하여 각 변압기별 현재의 전력사용량과 역률을 측정하였다. 변압기가 1대인 소용량인 경우 한국전력의 ismart 고객정보를 통해 연간전력사용량을 알 수 있어 연간부하율을 계산할 수 있다[9].
따라서 본 연구에서는 그림 1과 같은 방법을 사용하여 주요산업에 대한 변압기 연간부하율을 도출하였다.
자가용 전기설비 중에서 저압자가용전기설비는 전기 사업자의 주상변압기에서 전기를 공급받고 있으므로, 자체적으로 변압기를 보유하고 있는 경우는 없다. 따라서 조사대상인 전국의 자가용전기설비의 변압기부하율은 전국의 자가용 전기설비 중 안전관리대행 현황을 기준으로 삼았다. 2014년 7월 기준으로 전국의 안전관리대행호수는 284,143호이며 전국 자가용설비내 변압기 보유 추정대수는 284,143호×2.
하지만 변압기가 여러 대인 경우는 개별변압기의 연간전력 사용량을 알 수 없기 때문에 현재의 사용량을 기준으로 연간전력사용량을 나누게 되면 개별 변압기가 공급한 연간전력량을 유추해 낼 수 있으며, 이를 바탕으로 각 변압기의 연간부하율을 도출하였다. 조사되어진 표본 변압기의 연간부하율을 수용가의 변압기 정보와 함께 DB화 하였다.
변압기가 1대인 소용량인 경우 한국전력의 ismart 고객정보를 통해 연간전력사용량을 알 수 있어 연간부하율을 계산할 수 있다[9]. 하지만 변압기가 여러 대인 경우는 개별변압기의 연간전력 사용량을 알 수 없기 때문에 현재의 사용량을 기준으로 연간전력사용량을 나누게 되면 개별 변압기가 공급한 연간전력량을 유추해 낼 수 있으며, 이를 바탕으로 각 변압기의 연간부하율을 도출하였다. 조사되어진 표본 변압기의 연간부하율을 수용가의 변압기 정보와 함께 DB화 하였다.

대상 데이터

제조업의 연간부하율은 그림 2와 같이 분석되었다. 변압기 조사대수는 몰드변압기 27대, 유입변압기 235대였으며 500kVA 이하는 연간부하율이 18.18%(167대), 500kVA 초과는 연간부하율 23.62%(95대)로 조사되었다. 표준편차 13.
리조트 및 여가산업(리조트, 콘도, 놀이동산 등)에 대한 연간부하율은 그림 5와 같이 분석되었다. 변압기 조사대수는 몰드변압기 57대, 유입변압기 37대였으며 500kVA 이하는 연간부하율이 10.8%(42대), 500kVA 초과는 연간부하율 11.04%(52대)로 조사되었다. 표준편차 9.
도매 및 소매업(백화점, 마트, 시장 등)에 대한 연간부하율은 그림 4와 같이 분석되었다. 변압기 조사대수는 몰드변압기 68대, 유입변압기 29대였으며 500kVA 이하는 연간부하율이 16.18%(25대), 500kVA 초과는 연간부하율 20.89%(72대)로 조사되었다. 표준편차 8.
교육서비스업(초·중·고등학교, 대학교)에 대한 연간부하율은 그림 3과 같이 분석되었다. 변압기 조사대수는 몰드변압기 83대, 유입변압기 39대였으며 500kVA 이하는 연간부하율이 9.9%(81대), 500kVA 초과는 연간부하율 8.8%(41대)로 조사되었다. 표준편차 5.
그림 6은 오피스빌딩(복합건물)에 대한 연간부하율 히스토그램이다. 변압기 조사대수는 몰드변압기 90대, 유입변압기 47대였으며 500kVA 이하는 연간부하율이 12.67%(87대), 500kVA 초과는 연간부하율 13.84%(50대)로 조사되었다. 표준편차 7.
조사기간은 1개월(2014년 9월)이었으며, 산업중에서 자가용 전기설비에 주요 형태인 제조업, 교육서비스업(학교), 도매 및 소매업(백화점, 마트), 리조트 및 여가산업, 오피스빌딩, 공동주택(아파트)에 대해 표본을 선정하였다. 표본은 전국 자가용 전기설비 중에서 분류 업종에 따라 무작위로 추출하였다.
조사기간은 1개월(2014년 9월)이었으며, 산업중에서 자가용 전기설비에 주요 형태인 제조업, 교육서비스업(학교), 도매 및 소매업(백화점, 마트), 리조트 및 여가산업, 오피스빌딩, 공동주택(아파트)에 대해 표본을 선정하였다. 표본은 전국 자가용 전기설비 중에서 분류 업종에 따라 무작위로 추출하였다. 그 다음 조사 업종 표본수용가를 직접 현장 방문하여 수용가의 협조하에 단선결선도를 파악하여 변압기별 기본 자료를 조사함과 동시에 고압측의 CT, PT를 이용 또는 저압측 부하전류를 측정하여 각 변압기별 현재의 전력사용량과 역률을 측정하였다.
에너지 소비효율 등급표시제도는 효율관리기자재 운용 규정 고시에 따른 의무 제도로, 국내 제조업자·수입업자가 지정 시험기관에서 측정 후, 의무적으로 에너지공단에 제품을 신고하고 에너지소비효율등급라벨 및 최저소비효율라벨을 부착하여야 하며 최저소비효율기준(MEPS: Minimum Energy Performance Standard) 미달 시에는 국내 생산·판매가 금지되어있다[1]. 현행 변압기 소비효율 측정은 KS C 4306, KS C 4311, KS C 4316, KS C 4317 규정을 따르고 그 측정한 값을 기준환산온도의 50% 부하율 기준으로 환산한 효율을 대상으로 한다. 따라서 변압기 제조회사에서는 기준부하율의 50% 맞추어 변압기 설계·제작이 이루어지고 있다[2].

성능/효과

변압기의 전력손실을 최소화하기 위해서는 부하율이 낮을때에도 효율이 좋은 변압기가 설계·제작되어야 할 것이다. 따라서 현행처럼 일괄적인 50% 기준부하율에 적용한 최저소비효율기준 제도보다는 시장의 자율성을 해치지 않는 범위에서 다양한 기준부하율을 적용한 변압기 효율관리 제도를 도입하는 것이 바람직하다고 판단된다. 이와 같은 제도마련을 위해서는 보다 많은 수의 변압기에 대해 산업별 연간부하율, 계절별 연간부하율, 최대전력량 등에 관하여 좀 더 세부화 된 추가적인 연구가 진행되어져야 할 것이다.
4%이다. 에너지 다소비 업종인 백화점 및 마트의 연간부하율은 제조업 다음으로 높게 나타났다.
표 2는 조사 산업별 연간부하율이다. 제조업과 도매 및 소매업의 평균부하율이 높은 것으로 조사되어졌으며, 교육서비스업이 부하율이 가장 낮은 것으로 조사되었다.
1%이다. 제조업은 몰드변압기에 비해 유입변압기의 사용률이 높으며, 24시간 연속해서 사용되어지고 있는 산업의 특성상 다른 업종에 비해 연간부하율이 높은 것으로 분석되었다.
제조업은 유입변압기 사용대수가 몰드변압기의 사용대수보다 많은 것으로 조사되어졌으며, 유입변압기의 사용기간이 몰드변압기에 비해 긴 것으로 조사되었다. 제조업의 연간부하율은 그림 2와 같이 분석되었다.
조사결과 제조업의 변압기 연간부하율은 20.16%, 교육서비스업(학교)은 9.59%, 도매 및 소매업 19.68%, 리조트 및 여가산업 10.93%, 오피스 빌딩 13.10%, 공동주택 14.69%로 조사·분석되었다.

후속연구

따라서 현행처럼 일괄적인 50% 기준부하율에 적용한 최저소비효율기준 제도보다는 시장의 자율성을 해치지 않는 범위에서 다양한 기준부하율을 적용한 변압기 효율관리 제도를 도입하는 것이 바람직하다고 판단된다. 이와 같은 제도마련을 위해서는 보다 많은 수의 변압기에 대해 산업별 연간부하율, 계절별 연간부하율, 최대전력량 등에 관하여 좀 더 세부화 된 추가적인 연구가 진행되어져야 할 것이다.
오늘날의 에너지 절약이 과거와 같은 방식일 수는 없으며 현재의 에너지 절약의 키워드는 전기기기와 시스템의 고효율화이다. 즉 사용하는 기기의 에너지효율을 가능한 한 높이고, 건물이나 산업현장에서의 각종 시스템의 에너지 사용량을 조금이라도 줄일 수 있도록 최적화 시켜 근본적인 에너지 절약을 유도하여야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	변압기란?	우리나라는 에너지 자원의 해외 의존도가 높고, 에너지 다소비 산업구조를 가지고 있어 합리적인 에너지 이용효율개선과 에너지절약이 필수적이다. 변압기는 전압을 승압, 강압하는 송배전에 필요한 필수 전기설비로 전기에너지 손실의 2.6∼3.
	변압기의 손실은 무엇으로 구성되어 있는가?	변압기는 전기기기 중에서 가장 효율이 높은 기기이며, 전력계통에서의 손실 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 기기이기도 하다. 변압기의 손실은 크게 무부하손과 부하손으로 구성된다. 이 중 부하손은 부하율 제곱에 비례하며, 부하율에 따라 그 변압기의 손실 발생이 변화한다.
	현행 변압기 에너지소비효율 측정은 어떻게 하는가?	에너지 소비효율 등급표시제도는 효율관리기자재 운용 규정 고시에 따른 의무 제도로, 국내 제조업자·수입업자가 지정 시험기관에서 측정 후, 의무적으로 에너지공단에 제품을 신고하고 에너지소비효율등급라벨 및 최저소비효율라벨을 부착하여야 하며 최저소비효율기준(MEPS: Minimum Energy Performance Standard) 미달 시에는 국내 생산․판매가 금지되어있다[1]. 현행 변압기 소비효율 측정은 KS C 4306, KS C 4311, KS C 4316, KS C 4317 규정을 따르고 그 측정한 값을 기준환산온도의 50% 부하율 기준으로 환산한 효율을 대상으로 한다. 따라서 변압기 제조회사에서는 기준부하율의 50% 맞추어 변압기 설계·제작이 이루어지고 있다[2].

참고문헌 (9)

Korea Energy Agency, www.kemco.or.kr
Efficiency Management Operating Code, Ministry of Trade, Industry and Energy, 2012.
Y.P. Wang, H.M Hong, S.D. Kim, "A Study on Characteristic for a Maximum Utilization Factor of Transformer with Regard to Load Characteristics in General Customers", KIIEE Vol. 23, No. 12, pp. 217-223, 2009.
Y.S. Lee, J.Y Seo, H.S. Shin, S.M Cho, J.C. Kim, "The Study on Estimation of The Transformer Capacity of Housing and Economic Evaluation Using Case Studies", KIIEE Vol. 24, No. 9, pp. 142-149, 2010.
S.D. Kim, Y.P. Wang, "A Study on Characteristics for a Contract Power Conversion Factor and Analysis of a Maximun Utilization Factor of Transformer in General Customers", KIIEE Vol. 22, No. 5, pp. 80-85, 2008.
S.K. Seo, Y.T. Oh, S.D Kim, W.Y. Shin, S.B. Yoo, J. Lee "A Study on the Assessment of Reasonable Transrformer Capacity by Capacity by the Improvement of Diversity Factor", KIIEE Vol. 24, No. 8, pp. 15-20, 2010.
S.K. Seo, S.D Kim, C.D. Na, Y.T Oh "A Study on the Application of Load Capacity by Unit Household and Analysis of Maximum Utilization Factor of Transformer with Respect to Power Consumption Characteristics in the Lease Apartment", KIIEE Vol. 24, No. 2, pp. 127-132, 2010.
Korea Electrical Safety Corporation, www.kesco.or.kr
S.I. Lee, S.M. Bae, G.H. kim, H.J. Jeon, "Analsysis of Power Transformers survey in Domestic", KIEE, conference, 2008.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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