[논문]업무용빌딩의 전력소비 특성을 고려한 회귀분석이론을 이용한 수용률 기준 설정

김세종; 신효섭; 김수길; 오기봉

문제 정의

본 연구에서는 사무소용 빌딩을 중심으로 전력 소비 특성을 조사 분석하였고, 아울러 전기설비설계사무소에서 적용하고 있는 수용률을 조사 분석하였다. 조사된 자료 전체의 특징과 중심적인 경향을 알아 내기 위해서 평균값, 중앙값, 표준편차, 최대값, 최소값, 회귀모형식, 최소제곱평균오차 등의 확률 통계적 파라미터들을 수용률 기준 설정을 위한 특징 파라미터로 선택하였다.
본 연구에서는 업무용 빌딩의 전력 소비 특성을 고려하여 합리적인 수용률 기준(안) 설정을 위하여 전력 사용 실태를 중점적으로 분석하였으며, 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
본고에서는 사무소용 빌딩의 부하설비에 대한 운전 특성을 조사 분석하고 통계 처리하여 기준(안)을 제시함으로써 사무소용 빌딩의 규모별 또는 부하 용도별로 수용률 기준을 적용하여 적정한 변압기용량을 산정하는데 크게 기여하리라 사료된다. 지면 관계로 다양한 부하 용도별 통계 자료를 제시하지 못하였음을 양지하여주시기 바라오며, 관련 자료는 한국조명전기설비학회 및 (주)도서출판 기다리를 통하여 판매되고 있음을 알려드립니다.

제안 방법

(2) 부하설비용량으로부터 적정 수용률을 곱하여 최대수요전력을 예측하고, 역률, 전압변동률을 고려하고, 아울러 장래의 부하 증가율을 감안한 후, 각 부하 종별변압기의 용량[kVA]을 결정한다.
조사된 자료 전체의 특징과 중심적인 경향을 알아 내기 위해서 평균값, 중앙값, 표준편차, 최대값, 최소값, 회귀모형식, 최소제곱평균오차 등의 확률 통계적 파라미터들을 수용률 기준 설정을 위한 특징 파라미터로 선택하였다. 그리고, 데이터의 신뢰성을 비교 분석하기 위하여 선형적인 방법과 비선형적인 방법으로 그 경향을 추정하여 곡선으로 나타내었다. 이러한 방법에 의하여 얻어진 분석자료를 이용하여 적정 변압기 용량 설정을 위하여 데이터베이스화하였고, 변전설비용량의 합리적인 설계를 위하여 수용률 기준 적용시에 필요한 자료로 활용할 수 있으리라 사료된다.
대부분이 사무실을 주 용도로 사용하는 사무소용 건물을 대상으로 전체 부하설비용량과 최대수요전력을 조사하였다. 조사된 최대수요전력은 수전단에 설치되어있는 최대수요전력계(DM)로부터 조사된 값이며, 수용률 /부등률이 함께 반영된 것이므로 수용률/부등률에 대하여 분석하였다.
는 작업이 부하조사이다. 부하의 분포 단위마다 부하 종류, 전압, 용량 및 대수를 종합한 부하일람표를 작성하고, 이를 토대로 각 부하의 입력치를 계산하여 집계한 다음에 수용률을 곱해서 최대수요전력을 산출한다. 그리고 여기에 장래의 증가분을 감안하여 변압기 용량을 산정한다.
사무소용 건물의 부하 중에서 OA기기 부하용 변압기가 시설되어 있는 수용가를 대상으로 분석하였으며, 최대수요전력은 수전일지 상에 작성된 자료를 기준으로 하였고, 부하설비용량은 수용가에서 제시한 용량을 기준으로 하였다.
사무소용 건물의 부하 중에서 일반동력부하용 변압기가 시설되어 있는 수용가를 대상으로 분석하였으며, 최대수요전력은 수전일지 상에 작성된 자료를 기준으로 하였고, 부하설비용량은 수용가에서 제시한 용량을 기준으로 하였다.
사무소용 건물의 부하 중에서 일반전등전열부하용 변압기가 시설되어 있는 수용가를 대상으로 분석하였으며, 최대수요전력은 수전일지 상에 작성된 자료를 기준으로 하였고, 부하설비용량은 수용가에서 제시한 용량을 기준으로 하였다.
조사된 최대수요전력은 수전단에 설치되어있는 최대수요전력계(DM)로부터 조사된 값이며, 수용률 /부등률이 함께 반영된 것이므로 수용률/부등률에 대하여 분석하였다.

데이터처리

조사된 자료 전체의 특징과 중심적인 경향을 알아 내기 위해서 평균값, 중앙값, 표준편차, 최대값, 최소값, 회귀모형식, 최소제곱평균오차 등의 확률 통계적 파라미터들을 수용률 기준 설정을 위한 특징 파라미터로 선택하였다. 그리고, 데이터의 신뢰성을 비교 분석하기 위하여 선형적인 방법과 비선형적인 방법으로 그 경향을 추정하여 곡선으로 나타내었다.

성능/효과

있다. (1) 변압기 용량이 부하의 최대수요전력에 비해 너무 작으면 변압기를 과부하 운전하게 되고, 이것이 높아지면 수명 단축을 초래하는 결과가 된다. 또한, 부하 손의 증가로 효율이 저하한다.
1) 변압기 용량 산정에 중요한 기초 데이터인 최대수요전력 증가율을 조사 분석한 결과, 1980~1990년 동안의 증가율은 28.3%, 1991~2000년 동안의 증가율은 48.9%로 분석되었다. 조사 결과 및 정보화 사회의 진전으로 볼 때 5~10년의 전력수요 증가율을 25% 이상 반영하는 것이 바람직하다.
2) 변압기 용량 산정에 중요한 지표인 합성 수용률의 적용 현황은 46%로 조사되었으며, 대부분의 수용가에서 변압기 용량이 과다 설계되었음을 알 수 있었다. 따라서, 우리나라의 기후 특성과 설비 가동 특성을 고려한 수용률/부등률의 기준이 필요하다.
3) 부하종별 수용률 평균값 기준은 일반 전등 전열 부하용이 70%, 일반동력 부하용이 55%, OA기 기부하용이 60%, 냉방동력부하용이 75%, 심야전력부하용이 75%로 분석되었다.
분석되었다. 그리고, 최소제곱 평균오차는 1 차선형 회귀모형식에서 17.98[%], 2차 비선형 회귀 모형식에서 17.12[%] 정도 발생한 것으로 분석되었다.
그리고, 최소제곱 평균오차는 1차 선형 회귀모형식에서 13.09[%], 2차 비선형 회귀 모형식에서 12.94[%] 정도 발생한 것으로 분석되었다.
그림에서 보는 바와 같이 조사된 부하설비용량과 수용률과의 상관관계는 낮게 나타내는 것으로 분석되었다. 그리고, 최소제곱 평균오차는 1차 선형 회귀모형식에서 18.89[%], 2차 비선형 회귀 모형식에서 18.56[%] 정도 발생한 것으로 분석되었다.
그리고, 표 4는 전기설비설계사무소에서 적용하고 있는 일반전등전열 부하의 설계 수용률을 통계 처리한 것이며, 평균값은 75.42%, 표준 편차는 8.91%로 분석되었다.
그림에서 보는 바와 같이 조사된 총 부하 설비용량과 합성 수용률/부등률과의 상관관계는 낮은 것으로 분석되었고, 최소제곱 평균오차는 1차 선형 회귀모형식에서는 14.66[%], 2차 비선형 회귀 모형식에서는 14.5[%] 정도 발생한 것으로 분석되었다. 조사 결과 분석으로는 수용가에 시설된 전력용 변압기에 여유가 많은 것으로 판단된다.
57[%]로 분석되었다. 따라서, 0A기기 부하의 수용률 범위는 2가지 조사 분석한 평균값의 중간값인 63.24+18.7[%] 정도를 반영하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
따라서, 실태조사 수용률 및 설계 수용률의 평균값을 기준으로 장래 부하증가율, 고조파발생기기로 인한 변압기 출력감소율 등을 고려한 일반동력 부하의 수용률 범위는 38 - 72 [绚(평균값 55 [%]) 정도를 반영하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
따라서, 실태조사 수용률 및 설계 수용률의 평균값을 기준으로 장래 부하증가율, 고조파발생기기로 인한 변압기 출력감소율 등을 고려한 일반전등전열 부하의 수용률 범위는 57-83 [%](평균값 70 [%]) 정도를 반영하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
9%로 분석되었다. 조사 결과 및 정보화 사회의 진전으로 볼 때 5~10년의 전력수요 증가율을 25% 이상 반영하는 것이 바람직하다.
5[%] 정도 발생한 것으로 분석되었다. 조사 결과 분석으로는 수용가에 시설된 전력용 변압기에 여유가 많은 것으로 판단된다.
조사 결과, 표 1 및 표 2에서 보는 바와 같이 1986년 이후 매 5년 단위로 볼 때 25% 이상의 증가율을 보이고 있으며, 10년 단위로 볼 때 1991년 이후 최대수요전력이 크게 증가한 것으로 나타났다.

후속연구

그리고, 데이터의 신뢰성을 비교 분석하기 위하여 선형적인 방법과 비선형적인 방법으로 그 경향을 추정하여 곡선으로 나타내었다. 이러한 방법에 의하여 얻어진 분석자료를 이용하여 적정 변압기 용량 설정을 위하여 데이터베이스화하였고, 변전설비용량의 합리적인 설계를 위하여 수용률 기준 적용시에 필요한 자료로 활용할 수 있으리라 사료된다.
조사 결과 분석으로는 수용가에 시설된 0A기기 변압기에 여유가 많은 것으로 판단되며, 0A기기 부하로 연결되는 부하 종류로는 개인용 컴퓨터, 스캐너, 프린터, 복사기 등 이외 사무소건물의 특성상 각종 업무용 전열 부하, 패키지 에어콘 부하 등이 연결되는 경우가 있으므로 연결 부하의 특성을 종합적으로 검토하여야 한다. 그리고, 표 7은 전기설비설계사무소에서 적용하고 있는 0A기기 부하의 설계 수용률을 통계 처리한 것이며, 평균값은 79.
조사 결과 분석으로는 수용가에 시설된 일반 전등 전열 부하용 변압기에 여유가 있는 것으로 판단되며, 일반 전등 전열 부하로 연결되는 부하 종류로는 전등부하 이외 사무소 건물의 특성상 각종 사무자동화기기 등이 연결되는 경우가 있으므로 연결 부하의 특성을 종합적으로 검토하여야 한다.
조사 결과 분석으로는 수용가에 시설된 일반동력 부하용 변압기에 여유가 많은 것으로 판단되며, 일반동력부 하로 연결되는 부하 종류로는 동력부하 이외 사무소용 건물의 특성상 FCU, AHU 및 패키지 에어콘 부하 등이 연결되는 경우가 있으므로 연결 부하의 특성을 종합적으로 검토하여야 한다.

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