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전열공학의 기초

  

● 전기용어의 정의

1. 주파수는 1초간당의 주파수의 수를 말하며, 단위는 헤르츠[Hz]로 표시된다. 전등이나 동력에 사용되는 교류는 60Hz이며, 이것을 사용주파수라고 한다.

2. 전압은 전류를 흘리기 위한 압력으로서 볼트[V]가 사용되며, 저압, 고압, 특별고압이 있다.

3. 전류는 전기가 전선 속을 흐를 때 1초 동안에 전선의 어느 한 점을 통과하는 전기의 양을 말하며, 그 단위는 암페어[A]가 사용된다. 일정한 방향의 여전류를 직류라 하고,주기적으로 방향이 바뀌는 전류를 교류라 한다.

4. 전력이란 전류에 의해 단위시간 안에 도체나 전기기기 등에서 소비 또는 발생하는 전기에너지의 양으로서,1볼트에서 1암페어의 전류가 흐르는 전로의 전력은 1 와트 [단, 교류일때에는 역률이 1일때]이다. 그 단위는 와트[W] 또는 킬로와트 [KW]로 표시된다.

5. 피상전력[VA]은 교류에서 전압과 전류를 곱한 값으로서 피상전력에 역률을 곱하면 유효전력이 된다.

6. 인덕턴스는 전자 유도에 의하여 전압이 유도되는 세기. 1초간에 1암페어의 전류가 변화하여 1볼트의 전압이 유도되었다면 이 회로의 인덕턴스는 1헨리이다.

7. 정전용량은 콘덴서가 전기를 축적하는 크기.1볼트의 전압을 인가하여 1쿠울름의 전기를 축적한 콘덴서는 1패럿이다.

 

● 전력량, 역률의 정의

1. 직류회로에서는 부하에 전압 E[V]를 가했을 때 I[A]의 전류가 흐른 경우 그 부하에 소비되는 전력 W=E·I[W]이다. 단상 교류회로에서는 부하의 성질에 따라 전압E[V]와 전류I[A]는 위상이 어긋나는 경우가 있는데, 그 위상차를 cos ß라고 하면  교류 전력 P=E·I· cos ß x [W]의 식으로 표시되며,P를 역률이라고 한다.

2. 3상 교류회로에서 전압과 전류가 평형되어 있는 경우 E를 상전압, I를 상전류라고 하면 전력 P는 식 (1)로 구해진다. 또한 V는 선간 전압을 나타낸다.

        ---------- 식1 

    역률은 역률계에 의한 측정외에 유효전력 W[W]와 무효전력 Q[var]에서 식(2)의 계산식      을 사용하여 구할 수도 있다.

              ------------------ 식2  

3. 3상 교류회로에서 전력은 단위시간(1초간)에 행하는 일량(동력)으로 표시되는데 비해서 전력량은 동력에 소요된 시간의 전령으로 표시된다. 전력P[KW]의 부하를 T시간[h] 사용했을 때의 전력량은 W=P·T[KWH]가 된다.

● 수변전설비

   수,변전설비란 수전설비와 변전설비의 약칭이다. 수전설비는 전력회사로부터 전력을받는   전기공작물을 말하며,일반적으로 고압 수전설비의 전압은 6KV로 수전된다.

  변전설비란 수전설비에서 수전한 전압을 부하설비가 필요한 전압에 변압기로 변성하여 공   급하기 위한 전기공작물을 말한다. 배전설비란 이 변성된 전기를 부하설비까지 이송하기    위한 배선등의 전기공작물을 말한다.

  전력회사로부터 공급된 수전전압과 계약전력의 관계는 일반적으로 3상 3선식 저압전력의   계약전력이 50KW 미만에서는 200V의 전압으로 공급되고, 고압전력의 계약전력이 50KW   이상 2000KW 미만에 6KV의 전압으로 공급된다. 특별고압의 계약전력이 2000KW 이상에   서는 20KV의 전압으로 공급된다. 또한 교류전압에는 3종류가 있으며, 저압은 600V 이하,   고압은 600V 초과 7000V 이하, 특별고압은 7000V를 초과하는 것으로 정의하고 있다.

 

● 변압기 설비용량의 결정

   변압기 용량이 부하에 대하여 작은 경우는 과부하 운전이 되어 전압강하가 크게 되며,    장시간 과부하운전을 계속하면 권선의 온도가 상승하고 절연물이 열하되어 수명을 단축시   키게 된다. 이에 대해 변압기 용량이 크게 되면 설비의 이용률이 나쁘게 되고, 무 부하 전   력손실도 많아지게 된다.  일반적으로 변압기 용량은 여유용량을 가진   60-80% 부하운전   이 적당하다. 변압기 용량을 결정하는 경우 설치부하의 설비용량, 수용률, 부등률 및 장래   의 증설계획 등을 고려하여 다음과 같이 구할 수 있다.

  

  수용률이란 부하설비용량에 대한 최대수요전력의 비율을 나타낸 것으로. 일반적인 수용률은 40-70%이다. 또한 부등률이란 각 부하의 합성 최대수요전력에 대한 각 부하의 최대수요전력의 계산 비율을 나타낸 것으로서 일반적으로 1.1 - 2.0이다. 가동률이 나쁜 공장일수록 부등률을 크게 하고, 자동화가 진전된 공장에서는 작게 하는 것이 보통이다. 유압변압기는 종래부터 사용되어 왔지만 난연성이 요구되는 장소에서는 주로 H종 건식 변압기가 이용되고 있다. 이 변압기는 절연레벨이 낮고, 내습과 내진성에 약하므로 이러한 난점을 개선하고 에폭시 수지로 코일 전체를 몰딩한 몰드변압기가 개발되어 채용된 이래 최근에는 급속히 그 보급이 이루어 지고 있다. 변압기의 손실은 무부하 손실과 부하손실로 분류할 수 있다. 무부하 손실은 공급전력과 주파수가 일정한 경우   변압기의 부하에 관계없이 항상 일정한 값이 된다. 변압기는 전동기와 달리 사용상태가 눈에 보이지 않으므로 외견상으로는 구별이 어렵고 접속되어 있는 전기기기가 사용 되지 않아도 변압기 전원측에 전압이 걸리면 무부하 손실이 발생된다. 따라서 변압기의 1차측에 차단기를 설치하여 끊는 것이 바람직하다. 변압기의 효율은 역률이 100%일 때에 대부분 최대가 되고 역률이 저하하면 효율도 저하하게 되므로,역률의 개선에 노력하는 것이 에너지 절감효과를 향상시키는 결과가 된 다. 변압기는 기타의 전기기기에 비해 효율이 높고, 절연유의 교환 이외에는 비교적 잔 손실을 필요로 하지 않는다.

● 역률의 개선

교류전력에는 유효전력과 무효전력이 있고, 유도전동기, 변압기, 유도로등은 자연 무효 전력이 많으므로 역률이 나빠지게 된다. 역률을 개선하는 데는 앞선 무효전력의 진상용 콘덴서를 부하와 병렬로 접속하여 지연 무효전력을 제거하면 좋다. 역률이 낮으면 전원에서 피상전력을 많이 공급하게 되므로 역률을 개선하면 일정의 부하에 대하여 전원이 감소하여 다음과 간은 효과가 기대된다.

가. 부하손실의 저감

부하손실은 전류의 2승에 비례하므로, 전류가 20% 감소하면 부하손실은 64%로 감소한다

 

나. 전압 변동률의 개선

   전압강하  ΔV의 기본식은 삼상 회로에서는 아래와 같이 표시된다.

      

 여기서 I는 전류[A], L은 선로의 길이[m], cosθ는 부하역률, R은 저항 [Ω/m], λ는 리       액턴스[Ω/m], Z는 임피던스[Ω/m]이다.

역률이 개선되면 I가 감소하고 동시에 sinθ도 작아지게 되므로 전압강하가 감소하여    전압가동률이 개선된다.

다. 수전설비의 여유용량 증가

역률을 개선하면 변압기에서 유효전력을 다량으로 취할 수 있다. 예를 들면,               200KVA의 변압기 역률이 70%로 이 역률률을 진상 콘덴서에 의해 95%로 개선하면        유효전력 P의 증가는 다음과 같다.

                  P = 200 X (0.95 - 0.7) = 50KW로 된다.

 

 ● 전기요금과 계약전력

  전력회사가 수용가에 전력을 공급하는 경우, 수용가의 부하종류, 용도, 전압 및 전기 방    식에 의해 각종의 계약종별이 있고, 전기요금의 계산방법이 다르다. 계약종별은   표 1     와 같다. 계약종별의 고압은 빌딩과 공장등 수요가의 전등이나 동력을 포함하여   50KW    이상 2000KW 미만으로 수전하는 경우이고, 특별고압은 2000KW 이상으로 수전하는 경우    이다. 계약전력이 140KW 미만인 경우는 전원으로서 표2에 나타낸 계약   설비용량의 값에서 산정하여 설정한다. 계약전력이 140KW 이상인 경우는 1개월의 최대수요전력과 이전 11개월의 최대수요전력 중에서 어느 것이든 큰 값을 계약전력을 예측하여 전력회사와 협의하여 계약전력이 결정된다. 전기요금은 기존요금과 전력량요금으로 구성되고 저압전력과 고압전력 및 특별고압전력의 전기요금은 아래와 같다.

기본요금 :

일반단가X기준전력X[1.85-역률]+특별단가X(계약전력-기준전력)X(1.85-역률)

전력량요금 :

       일반단가X기준전력량+특별단가X(사용전력량-기준전력량)

  여기서, 기준전력량 = 사용전력량 X  기준전력/계약전력

  

  기준전력 >계약전력의 경우는 기준전력을 계약전력으로 치환한다. 따라서, 기본요금은      역률이 0.85를 기준으로 이 값을 초과하면 할인되고, 미만일 경우, 할증이 된다.

표1] 수전설비용량과 계약전력

  

  

설비 변압기용량[KVA]	계약전력[KW]
50 이하	0.8 X 변압기용량
100 이하	0.7 X 변압기용량 + 5
300 이하	0.6 X 변압기용량 + 15
600 이하	0.5 X 변압기용량 + 55
600 초과	0.4 X 변압기용량 + 105

표2]

계약종별		적 용 개 략
고압전력	갑		동력을 사용하는 수요로 6KV 수진하여 계약전력이 50KW이상 500KW  미만 계약전력 140KW 이상의 수용가는 30분간 최대 수요전력계 부착
	을		동력을 사용하는 수요로 6KV 수전하여 계약전력이 500KW이상 2000KW 미만의 수용가는 30분 최대 수요전력계 부착
특별고압전력		특별고압에서 전기를 받아 동력을 사용하는 수요로 계약전력이 원칙으로서 2000KW이상의 수용가는 30분간 최대 수요전력계 부착
업무용전력		전등,소형기기와 동력을 병행하여 사용하는 수요로 계약전력이 50KW 계약전력 140KW 이상의 수용가는 30분간 최대 수요전력계 부착

 

출처 : 세상살이

글쓴이 : 소백산 원글보기

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