부하전력의 관리방법 / 역율 관리방법

부하전력의 관리방법 / 역율 관리방법

 

 

1. 부하전력의 관리

1) 부하율 관리

1-1) 부하율의 개선방법

· 부하율 = 어느 기간 중의 평균전력 * 100% / 기간 중의 최대수용전력

· 부하율이 클수록 공급설비를 유효하게 사용할 수 있다.

· 보통의 부하율 39-45%

 

· 용도, 목적, 규모에 맞추어서 전력관리용 계기를 설치하여 전력의 사용 추이를 파악하고 수요전력계를 설치하여 전력사용을 관리한다.

· 수요전력은 시간 및 계절에 따라 크게 다르게 되므로 부하율을 개선하려면 부하곡선(시간, 요일, 계절별)을 작성하여 최대전력 발생요인을 찾아낸 후 그 원인이 되는 생산상황, 작업방법의 개편, 부하의 일부를 다른 시간대로 이동시키는 등의 방법으로 시정한다.

 

1-2) 부하율 개선에 따른 효과

· 국가의 에너지 사용 합리화로 외화절감 및 경쟁력 제고에 일익을 기할 수 있다.

 

· 설비비의 절감

부하율의 개선으로 최대전력이 저감되고 수전설비용량이 감소되어 설비비 저감.

 

· 수전기기 등에 여유 발생

부하율의 개선으로 최대전력이 낮아지므로 수전기기, 간선등의 여유를 가질 수 있다.

 

· 기본요금의 저감

공급규정에서 정한 전기요금 제도에 따라 수전설비용량이 작아진 만큼 계약용량이 작아지므로 기본요금이 감소.

참고 : 공급규정에서 정한 부하 이전에 따른 감액제도

 

· 변압기, 배선 등의 손실 저감

손실 = 무 부하손실+부하 손(전류의 제곱에 비례)

따라서 부하율의 개선으로 전류가 감소하게 되므로 손실경감.

 

2) 최대전력 관리

2-1) 계약전력

· 계약전력은 최대전력과 큰 관계가 있고 전력요금에 큰 비중을 갖는 기본요금에 반영된다.

· 최대수요전력 = 설비용량 * 수용율(%) / 100

 

2-2) 최대수요전력의 관리

· 수요전력 감시장치의 설치

- 수요전력계를 설치하고 피크 컷, 피크이동, 자가발전설비 가동, 프로그램제어를 하고 적당한 차단회로를 삽입하여 전력초과를 사전에 억제한다.

· 피크부하의 Cut방법 및 종류

- 심야전력의 활용(일부 주간부하의 야간 이동 등)

- 하절기 피크부하의 억제

- 공급설비 사고시 예상외의 수요가 급등하는 경우 전력회사의 요청시(계약전력의 25% 이상 조정가능한 수용가) 

· 수요전력의 초과가 우려되는 경우에는 단시간 정지가 가능한 설비를 정하고, 프로그램제어 또는 작업원에게 통보하여 최대전력을 억제한다.

· 피크 컷 제어대상부하

- 공조설비 전반, 터보 냉동기, 각종 펌프류 등

- 간헐 가동 부하설비

- 자가발전 부담설비

- 조명설비, 승강기설비 

 

2-3) 피크 컷의 효과

반응형

· 계약 전력요금의 절감

· 전력설비의 효율적이용, 설비투자효율 향상, 설비규모의 합리화.

 

 

2. 역율관리

역률이란 부하의 임피던스의 분포에 따라 결정되며, 전력부하의 약 70%가 전동기이고 또한 전동기는 역률이 나쁜 결점이 있다. (경부하시 : 10%, 100% 부하시 : 90%) 따라서 부하의 종합적인 역률이 낮아지게 되어 전류가 증가하게 되므로 전압강하 , 전력손실 및 전력요금이 높아지게 된다.

1) 역률개선 효과

1-1) 전기요금의 저감

한국전력에서는 역률에 따른 할인 및 할증제도를 실시하고 있으며, 수용가의 기준역률은 90% 이상으로 유지하여야 하며 전력요금중 기본요금은 역률이 90%를 상회하는 경우에는 95%까지 역률 매 1%마다 1%의 기본요금을 할인하고, 90%에 미치지 못하는 경우에는 매1%에 대하여 기본요금을 추가하고 있다.

· 전력요금 = 기본요금 + 전력량요금

· 기본요금 = 계약전력 * 계약전력단가 * {1 + (90-역률) / 100}

· 전력량요금 = 전력사용량 * 전력단가

 

1-2) 변압기 배전선 등의 손실저감

전력손실은 전류의 제곱에 비례하므로 무효전류가 적어지면 변압기 배선설비에서의 전력손실이 경감된다.

 

1-2-1) 변압기 손실감량(KW) =

· Pt : 변압기 용량(KVA)

· η : 변압기 효율

· 3/4 : 변압기 손실 중 동손(부하손)이 차지하는 비율

· cosθ₁: 개선 전 역률

· cosθ₂: 개선 후 역률

· PL : 부하율

 

1-2-2) 배전선의 손실 감량(kw) =

· Pr : 회로의 유효전력(kw)

· E : 회로전압(V)

· R : 선로 1상분의 저항(Ω)

 

1-3) 설비용량의 실질적 증가

전기설비 용량은 피상전력으로 결정되므로 역률개선으로 무효전력이 감소하여 동일설비에서 계통용량이 벡터도에 의해 증가된다.

증가된 용량 △P = 설비용량(KVA) ·(개선 후 역율 - 개선 전 역율)

 

1-4) 전압강하의 개선

무효전류의 감소에 의해 전압강하 및 전압변동이 감소하고 전기기기의 고효율 사용이 가능하다.

전압강하율 △V = 콘덴서 삽입용량(KVA)·100% /모선의 단락용량(KVA)

 

 

3. 역율개선방법

1) 콘덴서 용량의 적정화

1-1) 계산에 의한 방법

· cosθ1 : 개선 전 역율

· cosθ2 : 개선 후 역율

· 중부하시의 역률실측(15분간격 5회이상측정 하여 가장 낮은 값 채택)후 계산식에 의해 결정

· 설계시 : 개개의 부하조사후 부설

 

1-2) KVA와 ㎌의 환산

· 단상 및 3상 Y결선의 경우

· 3상 △ 결선일 경우

 

1-3) 도표에 의한 방법 

< Fig01. 콘덴서 용량계산 도표 >

 

2) 역율 조정장치 설치

2-1) 콘덴서 장동제어방식별 특징

 

2-2) 목표무효전력의 계산(예 : Fuji Electric Co. QC10형)

 

 

4. 전압관리

전기기기는 정격전압에서 사용하는 가장 효율이 좋으므로 전압변동과 전압불평형을 줄여 정격전압을 유지하는 것이 중요하다.

 

1) 전압변동의 영향

· 전동기 : 전압의 제곱에 비례하여 토크 및 슬립 변화.

· 방전등 : 관전류의 변화로 수명이 짧아진다.

· 백열등 : 전압의 13.5승에 반비례한다.(전압특성)

· 전열기 : 전압의 제곱에 비례하여 발열량 변화.

· 전자장치 : 역변환장치의 전류실패, 심할 경우 시스템다운,

· 기타 : 플리커 발생, 전자개폐기의 낙하 등

 

2) 전압 불평형의 영향

· 원인 - 부하의 불평형 및 지락사고에 의해 발생.(변압기 V-V 결선시에는 전압변동이 커진다)

· 역상전류가 흐르고, 전동기에서는 역상전류에 의해 역상 토오크가 발생한다.

· 손실이 증가하고, 온도상승, 소음이 증가하며 효율이 저하한다.

 

3) 대책

· 전압변동대책

· 적정전압의 유지

· 설비적인 측면

- 부하시 탭 변환기에 의한 전압제어설비 부설

- 적정회로전압 선정

· 전압변동을 최소화하기 위한 대책

- 변압기의 용량을 충분하게 한다.

- 배선의 굵기를 충분하게 한다.

- 간선의 분할을 적정하게 한다.

- 배선 단말에 콘덴서 삽입으로 무효전류를 억제한다.

· 전압 불평형 대책

- 계통에 큰 단상부하 또는 3상 불평형 부하를 조정,억제한다.

- 변압기의 V-V 결선을 하지 않는다.