변압기 용량산정(수용률, 부등률,부하율 10분만에 이해하기)

수용률, 부등률, 부하율, 효율 등등 이론과 실기공부를 하면 제법 많이 보게 되는 용어입니다. 저 또한 수용률은 최대전력을 설비용량으로 나눈다로 외우지 않고 그냥 "최설" 두 단어로 외운 기억이 납니다. 어쨌든 자격증 시험은 맞추기만 하면 그만이기 때문입니다.

 

 

하지만 현장에서 직접 일을 하게 되면 전기선임자가 관리하는 변압기의 용량이 어떻게 설계되었는지 알 필요가 있습니다.  최초로 변압기 용량을 산정할 때 수용률과 효율 역률 부하율 등등 많은 부분을 고려해야만 합니다. 변압기를 실제로 가동하지 않은 상태에서 설계를 해야 하니 실무에서는 더욱 신중해야 할 것입니다.. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 목차

 

 

• 수용률 이해하기
• 부하율 이해하기
• 부등율 이해하기
• 변압기용량산정(KVA or KW)

 

 

 

 

 

 

 

 

 수용률 이해하기

 

 

 

수용률 은 최대수용전력을 설비용량으로 나눈 값입니다. 이렇게 설명하면 그저 이론 객관식 문제 밖에 되질 않습니다. 그래서 간단하게 지하철로 비교를 해보겠습니다.

 

 

 

 

 

지하철 공사를 할려고 합니다. 최대탑승인원 1500명인 지하철이 운행을 하면 아침 점심 저녁 시간마다 탑승하는 이용객이 다르게 됩니다. 여기서 사람이 가장 많이 탑승하는 저녁시간대에 1200명이 탑승하고 아침에는 약 900명 점심때는 500명이 탑승한다고 가정했을 때 여기서 최대탑승인원은 1200명이 됩니다. 

 

 

 

 

 

이제 수용률을 알수가 있습니다. 탑승인원이 1500명인 지하철에 최대탑승객이 1200명 이탄 다면 수용률은 80% 즉 , 지하철의 수용률은 80%가 되는 것입니다.

 

 

문제는 수용률이 80%로 계속된다고 설계된다면 200명이나 지하철을 타지 않으니 설비에 과투자가 발생한 것입니다. 굳이 타지도 않을 200명이나 되는 자리를 만들었기 때문에 비용을 더 지불하고 지하철을 공사하게 된 셈입니다.

 

 

물론 수용률이 100%가 될순 없습니다. 하지만 어떠한 설비를 공사할 때 가장 중요한 건 돈입니다. 최소한의 금액으로 최대한의 이익을 뽑아내는 게 모든 산업의 꿈일 것입니다. 

 

 

따라서 수용률을 계산하는건 설계단계에서 최대수요를 예측하고 안전성, 신뢰성 미래의 불확실성등 정말 다양하게 고려해야 할 것입니다. 당장에 수용률이 50%가 나온다 하더라도 앞으로의 인구밀집도 예상과 인구대비 동일한 지역에 있는 지하철 등을 사례로 삼아 다양한 분석을 통해 수용률을 계산할 것입니다. 

 

 

 

 

• 설비의 수용률이 높고 낮음은 무슨 차이가 있을까

수용률이 높으면 더 많은 부하를 처리할 수가 있다.따라서 시설 투자대비 높은 효율을 낼 수 있다는 장점이 있다. 하지만 수용률이 높다는 건 변압기의 초기비용이 높아질 우려가 있다. 많은 부하를 처리하려면 그만큼을 견딜 수 있는 변압기가 필요하기 때문이다.

 

 

반대로 수용률이 낮으면 초기 투자비용을 낮게 할수있다. 하지만 미래적으로 볼 때 더 많은 부하가 사용될 수 있고 더구나 AI 시대에 전기수요가 폭증할 우려가 있으므로 향후에 더 큰 설비투자가 이루어질 수 있다. 

 

 

 

 

 

 

 

간혹 가다 뉴스에서 매년 적자를 보고 있는 지하철을 보게 되는데 원치 않았겠지만 이용객 대비 수용률을 과하게 설계하지 않았나 생각해 봅니다. 

 

 

 

 

 

 

변압기도 마찬가지 입니다. 아침 점심 저녁 시간대 중에 가장 많이 사용되는 전력을 설비용량으로 나누면 수용률을 알 수 있습니다. 해당 건물에 변압기를 설치하기 전에 상가면 비슷한 상가아파트면 비슷한 아파트 등등 인구대비 동일한 설비를 갖춘 변압기와 여러 가지 요건을 고려하여 수용률을 계산할 것입니다. 

 

 

 

 

지하철은 사람을 수용하는 것처럼 변압기는 다수의 수용가 또는 단독수용가가 이용하게 되는 최대전기사용량을 감당해야 합니다. 즉 수용률 계산은 설계단계에서 최대 수요를 예측하고 안정성과 신뢰성을 확보하며 미래의 불확실성에 대비하기 위함입니다. 

 

 

 

 

• 수용률과 이용률은 같으면서도 다르다

 

수용률은 최대예상전력수요와 설비용량간의 비율로서 설계단계에서 미래의 최대전력수요를 예측하는 데 사용된다. 즉 아직 설치되지 않은 설비용량을 미리 설계하는 단계가 된다.

 

 

 

이용률은 설비용량 대비 현재 사용중인 부하의 비를 나타낸다. 전기안전관리자를 최대이용률이 예상되는 시간에 실시간으로 이용률을 확인하여 전기수요의 패턴을 분석하고 조치할 수 있다. 

 

 

 

 

 

• 수용률은 단독수용가 변압기용량계산에 적용된다

수용률은 단독 수용가에 적용된다. 한개의 변압기로 다수의 수용가를 이용한다면 부등률이 적용되어야 하기 때문이다. 수용률은 단독변압기만 사용하는 대형공장, 산업시설, 병원 등과 같이 한 개의 건물에 단독으로 설치된 변압기에 적용된다. 공동주택 같은 경우 변압기 1~3대로 수십~수천 세대가 사용하므로 부등률을 적용해 변압기용량을 산정한다.

 

 

 

 

 

 

 부하율

 

 

부하율은 "일정기간" 동안  전력사용량을 확인하는 값입니다. 부하율은 평균전력소비를 최대전력소비로 나눈 값인데 만약 부하율이 높다는 것은 최대전력소비가 낮아지고 평균전력소비가 높은것이 되므로 전력사용이 일정하게 유지되는 걸 알 수 있습니다.

 

 

 

반대로 부하율이 낮다는 것은 최대전력소비값이 높고  평균전력소비값이 낮아지니 전력소비의 변동이 큰 부하를 사용한다고 볼수 있겠습니다.  

 

 

부하율이 무조건 높을수록 좋다 라고 말할 순 없습니다. 정확히 말하자면 높이기 위해 노력할 필요가 없는 것입니다. 설비에 무리가 가지 않는 선에서 최대전력수요를 조절하는 게 전기안전관리자의 업무일 것입니다. 부하율이 높아지면 그만큼 설비이용률이 높아지고 설비의 증설로 이어질 수 있습니다. 

 

 

 

 

• 부하율은 수용률과 무엇이 다른가

 

 

 

부하율은 평균수용전력을 최대수용전력으로 나눈값이고 수용률은 최대수용전력을 설비용량으로 나눈 것이다. 비슷해 보이지만 엄연히 다른 값이다.

 

 

 

최대수용전력은 변압기용량으로 본다.  부하율은 평균적으로 사용되는 양을 변압기가 얼마나 감당할 수 있느냐를 보는 값이고 수용률은 설치되어 있는 설비들을 변압기가 얼마나 감당할 수 있느냐의 차이가 있다 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 부등율

 

 

부등률은 각 수용가의 최대전력의 합을 합성최대수용전력으로 나눈 값입니다. 글로만 보면 무슨 말인지 이해가 하나도 가지 않습니다. 사진으로 설명을 해보겠습니다. 

 

 

 

 

 

부등률이란 다수의 수용가 변압기용량을 구할 때 필요합니다. 왜냐하면 집집마다 최대전력을 사용시간대가 다르기 때문입니다. 최대전력을 사용하는 시간대가 서로 다른 정도를 나타낸다고 정의할 수 있겠습니다.

 

 

 

 

 

A집 같은 경우 점심시간에 최대수요전력을 나타내고 있고 B집 같은 경우는 저녁시간에 최대수요전력을 나타내고 있습니다. 이 둘의 합이 부등률 공식의 분모에 해당하는 합성최대수용전력이 됩니다.

 

 

 

A집 B집

아침부하를 더하면 600kw + 500kw로 1100kw

점심부하를 더하면 1200kw + 300kw로 1500kw

저녁부하를 더하면 800kw + 1000kw로 1800kw가 됩니다.

 

 

여기서 가장 높은 부하를 사용 중인 건 저녁부하로 1800kw가 되고 이것은 부등률의 분자에 해당되는 각 개 최대수용전력의 합계가 되는 것입니다. 

 

 

이제 부등률이 무엇을 의미하는지 알 수 있습니다. 집집마다 다른 시간대에 최대로 사용한 전력을 같은시간대에 사용한 전력으로 나누어 주는 값이라는 것입니다. 여기서 핵심은 최대수요전력이란것을 알수 있습니다.

 

 

따라서 부등율이 높다는 의미는 A 집과 B집이 같은 시대에 최대수요전력을 발생시키지 않게 됩니다. A집은 점심때 최대전력을 내고 B집은 저녁에 최대전력을 내므로 변압기의 과부하로 인한 문제를 줄일 수 있습니다. 변압기의 과부하를 줄일 수 있다면 설비의 과투자를 줄이는 비용절감이라는 장점이 있습니다.

 

 

 

 

• 부등률이 높거나 낮을 때의 특징

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

반대로 안 좋은 점도 있습니다. 각 시간마다 최대전력을 사용하는 게 다르니 변압기 과부하는 막을 수 있겠지만 설비의 이용률이 낮아지게 됩니다. 예를 들어 같은 시간대에 최대전력을 내는 패턴을 형성한다면 전기선임자는 에너지를 좀 더 효율적으로 사용할 수 있겠지만, A B두 집이 각각 다르게 최대전력을 낸다면 부하의 불규칙한 변동성을 만들게 되고 전력품질 저하로 인한 설비유지보수의 어려움, 전압강하, 전력손실이 발생할 수 있는 것입니다. 

 

 

 

 

 

 

 변압기용량산정 KVA 

 

 

이제 변압기용량을 산정할수 있습니다. 변압기용량 산정은 실기시험에도 아주 잘 나오는 문제입니다. 하지만 실기시험과는 별개로 수용률과 부등률의 차이를 설명하고자 합니다. 시험에서는 보통 부등률을 필수로 곱해주는 문제가 대부분일 것입니다. 

 

 

앞서 부등률이란  각개의 최대수요전력의 합이 들어갑니다. 이것은 소수의 변압기를 여러 세대에서 사용하고 요금도 따로 부과하게 되는 것입니다. 

 

 

따라서 다수의 수용가 변압기용량을 산정할 땐 부등률이 포함되는 것입니다.  

 

 

  

 

다수의 수용 가는 공동주택과 일반주택과 같이 전기를 사용하는 세대가 제각각인 경우를 말하고 단독수용 가는 공장 병원 물류센터와 같이 건물 내에 개별적으로 사용가능한 변압기를 포함하는 경우가 되겠습니다. 

 

 

 

 

• 변압기용량(KVA) 에서 역률을 나눠주는 이유

 

 

 

변압기용량은 보통 피상전력으로 나타낸다. (현장마다 다름) 하지만 공식에는 수용설비용량인 유효전력이 들어간다. 따라서 역률을 나눠줌으로써 피상전력으로 구할 수 있게 된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

글을 마치며, 

 

 

사실 변압기용량을 구하는 건 전기안전관리자가 할 일은 아닙니다. 전기안전관리자는 이미 설치되어 있는 설비를 관리하는 일을 하기 때문입니다. 하지만 그렇다고 해서 수용률 부등률 부하율 변압기용량 산정과 같은 용어들을 몰라서도 안됩니다. 당장 업무에 쓸모없어 보이는 지식이라 할지라도 언젠가 함께 연결이 되어 시너지가 폭발하는 순간이 오기마련이므로 다양한 관련지식을 익히는 습관을 들여보시기 바랍니다. 이상으로 글을 마치겠습니다. 감사합니다.