hybrid transformer
하이브리드 변압기
「변압기 + 고조파감쇄」 기능의 All-in-one 변압기로써,
한전산하 발전5개사와 공동으로 업계 최초 개발된 신기술(NET) 및 녹색기술 인증 제품입니다.
고조파 피해 증가
LED, 인버터, 전기차 충전장치 등 비선형 부하 증가로 고조파로 인한 설비 피해가 확대되고 있습니다.
변압기의 사고예방 · 손실감소 · 효율향상을 위해서는 고조파 저감 대책을 수립해야 합니다.
변압기 손실 증가와 비용 상승
고조파는 전기설비의 효율 감소, 온도 상승 등
악영향과 피해를 초래합니다.
고조파는 단순한 전기요금 상승에 그치지 않고, 설비의 총 소유비용(TCO)을 지속적으로 증가시킵니다.
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에너지 손실 증가
고조파로 인해 증가한 손실(△P)만큼 전력요금이 상승합니다.
- 연간 추가 비용 = △P(kW) X 24h X 365일 X 전력단가
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변압기 용량 저하
고조파 발생 시 변압기의 유효 사용 용량이 최대 20% 이상 감소합니다(Derating).
- ex) 1000kVA 변압기를 설치하더라도, 고조파가 심한 환경에서는 약 800kVA 수준까지만 운전 가능하여, 설비 투자비 대비 효율이 20% 이상 저하됩니다.
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기대 수명 단축
절연물의 열화는, 온도가 8~10°C 상승할 때마다 기대수명이 약 50% 감소합니다.
- 고조파로 인한 온도 상승은 변압기 교체 주기를 25년에서 12.5년 이하로 단축시킬 수 있으며, 장기적으로 교체 비용 부담을 2배 이상 증가시킵니다.
전력품질 악화 및 손실 증가
고조파는 전력품질 저하의 주요 원인이며,
전력손실을 급격히 증가시킵니다.
이러한 손실 증가는, 변압기 내부의 세 가지 주요 손실 메커니즘에서 비롯됩니다.
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와류손 (Eddy Current Loss, 𝑷𝑬𝑪)
고조파 전류는 주파수의 제곱에 비례하여, 권선의 와류손을 급격히 증가시킵니다.
- 𝑷𝑬𝑪 : 정격 주파수에서의 와류손
- ℎ : 고조파 차수(ℎ = 3, 5, 7, 9 ...)
- 𝐼ℎ : 각 차수별 고조파 전류 성분
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표유부하손 (Stray Load Loss, 𝑷𝑶𝑺𝑳)
변압기의 외함이나 구조물에서 발생하는 손실로, 주파수의 약 0.8승에 비례하여 증가합니다.
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저항손 (Ohmic Loss, 𝑷𝒅𝒄)
도체의 실효 저항이 표피효과 (Skin Effect)로 인해 증가하면서 발생하는 손실입니다.
고조파 피해 사례
고조파는 전력계통 및 각종 전기설비에 손실증가, 발열, 소음, 오작동 등 다양한 형태의 피해를 발생시킵니다.
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커패시터 소손 -
변압기 소손 -
과전류 · 부스바 소손 -
MOF 소손 -
모터 과열 · 소손
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변압기
철손, 동손 증가
과열, 소음 증가
용량 감소
절연 파괴 -
회전 기기
과열
효율저하
기기수명 단축
토크 불균일
진동적 토크 -
전선 및 도체
과열
코로나발생
중성선 과전류
용량감소
절연 파괴
Skin Effect -
전력용 커패시터
과열
과대 공진
과전류
과전압 절연물 폭발 -
전력변환기기
갑작스런 정지
부정확한 측정
비정수 고조파 발생
오동작
부품고장 다빈도 -
차단기, 기타
전류용량 감소
소음, 진동
수명열화 가속화
역률의 저하
퓨즈용량감소
신호, 통신장애
고조파 관리 기준의 강화
정부에서도 고조파 관리 기준을 강화하고 있으며, 고조파 발생이 큰 설비에는 고조파 감쇄 기능의 변압기를 사용하도록 규정하고 있습니다.
- 국가기술표준원, KS C 61000-3-6
- 산업통상자원부, 전기설비기술기준 및 한국전기설비규정(KEC)
- 국토교통부, 국가건설기준 수변전설비 설계기준(KSD 31 60 10)
- 국토교통부, 국가건설기준 예비전원설비 설계기준(KSD 31 60 20)
- 한국전력공사, 전기공급약관(제39조)
- LH 공사, 전기설비 분야 전문시방서(시공기준)
- 전기안전공사, 전기설비 검사 · 점검 기준(KESC)
- 113.8 고조파 전류에 대한 보호(신설)
- (내용) 비선형 부하의 증가에 따라 고조파로 인해 발생하는 전기설비의 피해에 대하여 보호되어야 한다.
- 법령 : 건설기술진흥법 제44조 및 동법 시행령 제 65조
- 고시 : 2019년 10월 11일(국토교통부 고시 제 2019-549호)
| 개정 전 | 개정 후 |
|---|---|
| 변압기는 사용장소, 경제성, 전기적 특성을 고려하여 선정하되, 건축물 내부에 설치 시에는 표준소비효율 이상의 변압기를 사용토록 한다. | 변압기는 선정시에는 사용장소, 부하특성, 효율성, 안전성 등이 고려되어야 하며, 표준소비효율 변압기를 사용한다. 다만, 고조파발생 부하비중이 높은 설비의 경우 전력품질개선과 전력손실 저감을 위해 고조파 감쇄 기능의 변압기 또는 동등 이상의 성능을 갖는 변압기를 사용할 수 있다. |
- 건축물의 비상발전기 용량 산정식은 KDS 예비전원설비 기준을 따르고 있음
- KDS 예비전원 부하설비에서는 VVVF 인버터 또는 LED램프 등 고조파 발생부하가 포함된 경우에는 고조파 가중값을 적용하도록 규정하고 있으며, 고조파 저감장치를 설치한 경우 가중 값 조정이 가능함