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터널공

67

터 널 공 터널 표준소비효율 변압기 적용 검토 기술심사처-2397

(2017.10.31)

1 검 토 목 적

터널 설비별(터널등, 제트팬 등) 부하율*에 적합한 표준소비효율

변압기를 검토하여 변압기 최적화를 도모코자 함

* 부하율 : 최대전력과 평균전력과의 비율을 말하여, 설비 이용율을 나타냄

2 표준소비효율 변압기 종류별 특성

표준소비효율 변압기란?

▹ 에너지관리공단으로부터 인증받은 고효율 변압기를 말하며,

2012. 7월이후 표준소비효율변압기로 명칭 변경

종 류 내 용

아몰퍼스 TR

아몰퍼스 코어* 를 사용한 변압기

* 철, 붕소 등 혼압된 용융금속을 급속 냉각시킨 비정질 자성재료

저소음 고효율 TR 자구 미세화 규소강판 코어를 사용한 변압기

표준소비효율 변압기 비교 (3상 22.9kV/저압, 500kVA 기준) 6)

ㅇ

구 분 아몰퍼스 TR 저소음 고효율 TR 비 고

손실

(P)

철손(W) 345 (5%) 887 (16%) 무부하손

전부하 동손(W) 6,000 (95%) 4,536 (84%) 부하손

총 손실(W) 6,345 (100%) 5,423 (100%)

효율

(η)

70~100% 부하 99.3~98.7% 99.4~98.9%

저소음

고효율 유리

40~60% 부하 99.7~99.5% 99.7~99.5%

10~30% 부하 99.9~99.8% 99.8~99.7%

아몰퍼스

유리

자재비(천원) 27,679 26,730

저소음

고효율 유리

- 철손(Pi) : 변압기에 전원 인가시 코어에서 발생하는 손실로 일정한 값

- 동손(Pc) : 부하의 크기가 변동함에 따라 변압기 권선에서 발생하는 손실

- 총 손실(P) : Pi + m2·Pc * m(변압기 부하율) : 사용부하/변압기용량

※ 손실 값은 변압기 제조업체 카탈록 인용

332 ❙ 터 널 공

▹ 아몰퍼스 변압기는 저소음 고효율 변압기에 비해 철손이 약 2.5배

정도 적고, 저소음 고효율 변압기의 경우에는 전부하 동손이 약

1.3배 적고 자재비도 다소 저렴함(약 95만원, 3.5%)

▹ 따라서 경 부하는 아몰퍼스 변압기, 중 부하에는 저소음 고효율

변압기가 유리하므로 손실비와 자재비의 종합적 검토 필요

아몰퍼스 변압기 무부하손

저소음 고효율 변압기 무부하손

저소음 고효율 변압기 부하손

아몰퍼스 변압기 부하손

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

부하율(%)

총

손

실

(W)

▹ 변압기 소음 비교

7)

[단위: dB]

용 량

(kVA)

아몰퍼스 TR 저소음 고효율 TR

A사 (KS기준) B사 (NEMA (NEMA기준) 1) 기준)

100 64 55 55

200 65 58 58

300 66 58 58

400 67 60 60

500 68 60 60

600 70 62 62

750 70 64 64

1,000 70 64 64

◦ 저소음 고효율 변압기는 타 변압기에 비해 6 ~ 9dB 정도 낮은

값을 가지나, 아몰퍼스 B사의 경우 저소음 기술 개발로 저소음 고효율

변압기와 동일수준 소음 발생

1) NEMA (National Electrical Manufacturers Associations) : 미국 전기공업회

< 부하율 변동에 따른 손실 개념도 >

< 검 토 방 향 >

터 널 공 ❙ 333

터널공

3 표준소비효율 변압기 적용 검토

터널 표준소비효율 변압기(저소음 고효율, 아몰퍼스)의 부하 변동에

따른 효율을 분석하여 적합한 표준소비효율 변압기 선정

< 검 토 방 향 >

검토대상 : 울산포항선 양북5터널(2,240m)

* 터널 부하 사용은 유사하므로 장터널 1개소 선정

수전설비 현황 & 전력사용 패턴

▹ 변압기 종류 : 저소음 고효율 변압기(표준소비효율)

▹ 변압기 뱅크 구성

터널조명 터널 관리설비 (ITS 포함) 제트팬

터널등용 변압기

(가로등용)

관리동용 변압기

(일반용)

제트팬용 변압기

(일반용)

한 국 전 력 공 사

계량기

계량기

구 분 합 계 터널등 관리동 제트팬

변압기 용량

(kVA)

주 950 300 250 500

부 800 200 100 500

▹ 부하 변동(%)

구 분 터널등 관리동 제트팬

부하 변동 20~70 (가변) 20 (일정) 0~83% (가변)

* 터널등 : 맑음 70% 8h, 흐림 42% 4h, 야간 20% 12h 적용

* 제트팬 : 미가동시 0%, 전체[9대] 가동시 83% (416kw/500kw) 적용

- J/F용량은 37kw/대×9대×1.25=416kw, ‘17년 일평균가동시간 1.36h(9대)

334 ❙ 터 널 공

표준소비효율 변압기 경제성 비교

일반 전기설비 (관리동, 제트팬)

▹ 주 변전실

(금액: 천원)

구 분

아몰퍼스 저소음 고효율 증,감

(①-②)

계

①

관리동

(250kVA)

제트팬

(500kVA)

계

②

관리동

(250kVA)

제트팬

(500kVA)

손실

(W)

철손 595 250 345 1,452 565 887 -857

전부하 동손 10,230 4,230 6,000 6,933 2,397 4,536 3,297

계 10,825 4,480 6,345 8,385 2,962 5,423 2,440

손실량(kwh)/년 6,669 3,621 3,048 13,424 5,710 7,714 -6,755

손실비/년 733 398 335 1,476 628 848 -743

(a)손실비/20년 14,671 7,966 6,705 29,532 12,562 16,970 -14,861

(b)변압기 자재비 48,373 20,694 27,679 45,760 19,030 26,730 2,613

총 비용(a+b) 63,044 75,292 -12,248

▹ 부 변전실

(금액: 천원)

구 분

아몰퍼스 저소음 고효율 증,감

(①-②)

계

①

관리동

(100kVA)

제트팬

(500kVA)

계

②

관리동

(100kVA)

제트팬

(500kVA)

손실

(W)

철손 465 120 345 1,172 285 887 -707

전부하 동손 7,950 1,950 6,000 5,918 1,382 4,536 2,032

계 8,415 2,070 6,345 7,090 1,667 5,423 1,325

손실량(kwh)/년 4,758 1,710 3,048 10,654 2,940 7,714 -5,896

손실비/년 523 188 335 1,171 323 848 -648

(a)손실비/20년 10,467 3,762 6,705 23,438 6,468 16,970 -12,971

(b)변압기 자재비 42,066 14,387 27,679 40,590 13,860 26,730 1,476

총 비용(a+b) 52,533 64,028 -11,495

* 변압기 내용년수는 20년 적용

◉ 관리동 및 제트팬용 변압기는 경부하 운전시간이 많으므로,

철손이 적은 아몰퍼스 변압기가 경제적임

◉ 장터널에 저소음 고효율 변압기를 아몰퍼스 변압기로 대체시

개소당 약 24백만원 절감 가능

터 널 공 ❙ 335

터널공

터널조명 전기설비

▹ 주 변전실

(금액: 천원)

구 분

아몰퍼스 ①

(300kVA)

저소음 고효율 ②

(300kVA)

증, 감 ( ① - ② )

손실

(W)

철손 250 671 -421

동손 4,230 2,619 1,611

계 4,480 3,290 1,190

손실량(kwh)/년 9,934 10,611 -677

손실비/년 943 1,008 -65

(a)손실비/20년 18,874 20,160 -1,286

(b)변압기 자재비 20,694 19,580 1,114

총 비용(a+b) 39,568 39,740 172

▹ 부 변전실

(금액: 천원)

구 분

아몰퍼스 ①

(200kVA)

저소음 고효율 ②

(200kVA)

증, 감 ( ① - ② )

손실

(W)

철손 200 460 -260

동손 3,300 2,175 1,125

계 3,500 2,635 865

손실량(kwh)/년 7,793 7,972 -179

손실비/년 740 757 -17

(a)손실비/20년 14,806 15,146 -340

(b)변압기 자재비 17,760 16,720 1,040

총 비용(a+b) 32,566 31,866 700

* 변압기 내용년수는 20년 적용

◉ 터널조명은 주간 중부하에서 야간 경부하로 변경되는 가변부하로,

현재의 저소음 고효율 변압기가 다소 경제적임 (약 1백만원)

검토결과

터널조명용 변압기는 현행 저소음 고효율변압기가 적정하며,

관리동 및 제트팬용 변압기는 아몰퍼스 변압기가 경제적 측면

에서 유리하므로 채용이 바람직함

336 ❙ 터 널 공

향후계획

- 시설처 실시 설계시 상세 검토를 통해 적용여부 판단

※ 세종~포천 고속도로(안성~구리간) 노선의 장터널 9개소 적용시

20년간 약 2억원의 전력료 절감 가능

붙 임 : 세종~포천 고속도로(안성~구리간) 터널 현황 1부 끝.