국내 전력용 변압기 이용 실태 조사

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국내 전력용 변압기 이용 실태 조사

2008년 6월 2일 (월) 23:53:00 | 지면 발행 ( 2008년 5월호 - 전체 보기 )

국내 전력용 변압기 이용 실태 조사전기안전연구원 설비안전연구그룹_김선구 책임연구원(031)580-3073 / 1000masan@korea.com개요우리나라는 에너지자원의 해외 의존도가 높고 에너지다소비 산업구조를 가지고 있으며, 국제유가 등락에 따라 경제에 큰 영향을 받고 있다. 따라서 이에 대한 대처방안으로 합리적인 에너지 이용 효율개선과 범국민적 에너지절약의 중요성이 갈수록 높아만 가고 있는 실정이다. 에너지절약을 위하여 고효율 변압기를 채택하는 방법도 전력용 변압기의 효율적 이용방안 중의 하나다. 본 연구는 국내 전력용 변압기의 평균 연간 부하율을 도출하여 합리적이고 타당성 있는 고효율 변압기 기술기준안 작성을 위한 자료제공을 목적으로 수행됐으며, 연구결과 도출된 내용은 국내 전력용 변압기의 최저효율제 국내기준 마련 등 변압기 관련기준안을 검토 보완하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 한정된 에너지의 효율적인 운영을 위하여 국내에서는 2000년부터 고효율 기자재 인증을 전력용 변압기에서도 적용하여 시행하고 있다. 전력용 변압기는 아몰퍼스 코어, 자구미세화 강판 등 저손실의 새로운 재료기술 및 컴퓨터의 성능 향상에 따른 해석, 설계기술의 발달로 갈수록 효율이 향상되어 가고 있다. 또한 설치공간이 한정된 곳에서 대용량을 설치, 운영하기 위한 절연성능 향상과 설계개선으로 변압기의 크기 또한 콤팩트화되는 추세다. 고효율 변압기의 보급이 확대되어 국내 전력설비에서 차지하는 비율이 커지면, 기존 일반 변압기 대비 무부하 손실 및 부하 손실을 효과적으로 저감할 수 있다.본 연구는 국내에 설치되어 있는 자가용 수용가를 대상으로 전력용 변압기 이용실태에 관한 조사연구를 통해 합리적인 에너지이용 방안 제시 및 전력수요관리 기대효과를 사전 검토하기 위하여 수행됐다. 연구수행 방법으로는 전국 자가용 전기설비 수용가를 대상으로 표본추출 후 현장방문 실태조사를 통하여 수용가의 연간 전력사용량을 기준으로 변압기별 평균 연간부하율을 도출했다.국내 전력용 변압기 보급 현황변압기의 일반적인 용도는 발전소에서 발전된 전력을 가장 경제적으로 최종 수용가에게 공급하기 위한 교류 전력기기로서의 역할을 수행하는 것이다.그 사용 목적은 높은 전압으로 승압하여 송전하는 것과 공장, 빌딩 및 가정 등에서 최종적으로 사용하기 적절한 전압으로 강압하여 배전하는 것이다. 적용 용도에 따라서는 크게 송ㆍ변전계통에 사용되는 변압기와 배전계통에 사용되는 수배전 변압기로 구분된다.1. 송ㆍ변전설비 현황한국전력거래소의 2007년 3/4분기 통계자료에 의하면, 국내 송변전설비용으로 시설되어 있는 변압기는 644개 변전소에 765㎸A급 변압기 12대 및 345㎸A급 변압기 187대 등 총 1,998대가 설치 운영되고 있으며, 주변압기 용량은 총 223,180㎹A인 것으로 집계되었다.

[표 1] 국내 송변전설비 현황

주) 한국전력거래소 통계, 2007년 3/4분기 기준2. 배전설비 현황일반적으로 국내 배전선로는 지지물, 변압기, 전선로 및 부속장치 등으로 이루어져 있다. 배전용 변압기의 경우 산업전반에 걸쳐 전기에너지의 소비 폭이 증대됨에 따라 배전용 변압기 설치대수도 연평균 약 5만 여대 이상이 신설되고 있는 것으로 나타났다. 이에 따라 변압기 총 설치대수는 1980년도 263,922대에서 2007년 6월말 기준 총 1,822,224대인 것으로 파악됐다.

[표 2] 배전설비 현황

주) 한국전력공사 통계, 2007년 6월 기준3. 자가용 전기설비 수용가의 변압기 현황한국전기안전공사 전산시스템에 등록된 전국 민간부분에 대한 자가용 전기설비 수용가 현황을 알아보면, 특고압으로 수전하는 자가용 전기설비 수용가는 2007년 12월 말을 기준하여 총 147,412호였으며, 수용가 내 변압기는 총 292,702대가 설치되어 운영 중인 것으로 나타났다.

[표 3] 자가용전기설비 용량별 현황

주) 한국전기안전공사 통계, 2007년말 기준

[표 4] 자가용전기설비 변압기 현황

주) 한국전기안전공사 통계, 2007년말 기준국내 전력용 변압기 이용 1. 전력용 변압기 표본 설정전력용 변압기 이용 실태조사는 2006년 7월 31일부터 2006년 11월 30일까지 4개월 간에 걸쳐 수행되었으며, 조사대상인 전국의 자가용 전기설비 수용가(저압 제외)는 2005년 12월말 기준하여 총 140,381호로 파악됐다. 조사대상의 층별 분포를 보면 전기안전관리 대행수용가인 수전용량 1,000㎸A 미만은 120,968호, 전기안전관리자가 상주하고 있는 1,000㎸A 이상의 수용가는 모두 19,413호였다. 조사대상의 자가용 전기설비 수용가를 도시 크기별로 구분해 보면 중·대도시는 68,619호(48.88%), 소도시는 71,762호(51.12%)인 것으로 나타났다.※ 도시의 크기구분 (2005년도 통계청 인구센서스 자료 참조) - 대도시 : 특별시, 광역시 - 인구 100만 이상 - 중도시 : 인구 50만 이상 ~ 100만 미만 - 소도시 : 기타 1,000㎸A 미만의 자가용 수용가를 업종별로 구분해 보면 1, 2차 산업이 가장 많은 65,333호(54.01%), 두 번째로는 고층건물 및 공동주택 등이 23,933호(19.78%), 다음으로는 공공기관 및 교육기관 등은 20,679호(17.09%) 그리고 서비스 업종인 3차 산업은 가장 적은 11,023호(9.11%)인 것으로 나타났다.또한 1,000㎸A 이상 자가용 수용가를 업종별로 구분해 보면 고층건물 및 공동주택 등이 39.95% (4,756호)로 가장 많았으며, 두 번째로는 1, 2차 산업으로 35.44%인 6,880호, 공공기관 및 교육기관 등은 15.59%인 3,026호, 그리고 3차 산업은 가장 적은 9.02%(1,751호)인 것으로 나타났다.※ 업종구분 - code 1 : 1, 2차 산업(농업, 어업, 금속, 기계, 건설, 식품, 전기, 전자 등) - code 2 : 3차 산업(백화점, 상가, 시장, 호텔, 대형숙박 등) - code 3 : 고층건물, 공동주택, 복합건물, 방송통신, 보험업, 보관 및 창고업 등 - code 4 : 공공기관, 교육기관, 공연장, 병원, 대학, 도서관, 군부대, 체육시설 등 자가용 전기설비 수용가 샘플 프레임의 구체적인 층별 분포는 <표 5>와 같다.2. 추출된 표본의 층별 분포이러한 표본 추출을 대상으로 전체 조사대상의 특성을 대표할 수 있는 표본 추출에 유의하여, 통계기법에 근거한 일정 수준의 신뢰도 확보(95%±5% 오차한계)하고자 층화할당(層化割當)에 의한 무작위 표본을 <표 6>과 같이 추출하였다.

[표 6] 추출된 표본의 층별 분포

실태조사 방법 및 절차1. 부하율(Load Factor)보통 사용하는 부하율(A)은 어느 기간의 평균전력과 최대전력의 비를 말하며, 이 부하율(A)은 변압기의 효율을 검토할 때 사용하는 부하율(B) [부하용량(㎸A)/변압기 용량(㎸A)과는 전혀 다른 개념이다.본 실태조사에서 취급하고자 하는 부하율(B)은 어느 시점에서 특정 변압기가 공급하는 부하용량과 변압기 시설 용량과의 비율을 말하며, 변압기가 시설용량에 대하여 어느 정도의 부하로 운전되고 있는가를 보여주는 계수다. 이 부하율은 변압기의 효율을 결정하는 중요한 요소가 된다.2. 조사방법 및 절차변압기 공급전력은 항상 일정한 것이 아니고 밤과 낮 그리고 계절 변화 등 시간의 흐름에 따라 연속적으로 변화하는 것이 일반적이다.그러므로 국내 전력용 변압기의 연간 평균부하율을 파악하기 위해서는 조사(측정)기간을 1년 이상의 단위로 측정하는 것이 가장 정확한 방법이다. 그러나 현실적으로 전국의 자가용 수용가를 대상으로 수용가 내의 각 변압기마다 1년 동안 수많은 인력과 측정장비를 동원하여 각 변압기별 연간부하율을 파악한다는 것은 여러 가지 면을 고려하여 볼 때 불가한 실정이다.따라서 본 연구에서는 전국의 자가용 수용가 내의 각 변압기에 대한 연간부하율을 도출하기 위해서 다음과 같은 방법을 사용하였다.먼저 전국 한국전기안전공사 해당사업소의 실태조사 담당자가 도시규모별, 변압기 용량별 및 업종별로 구분되는 표본대상 수용가를 파악한 후, 표본조사 대상수용가를 직접 현장 방문하여 단선결선도를 파악 및 작성하는 등 변압기별 기본자료를 조사한다. 그와 동시에 고압측의 CT, PT를 이용 또는 저압측 부하전류를 측정하여 각 변압기별 현재의 전력사용량을 계산한다. 그리고 한국전력으로부터 표본조사 대상수용가의연간 전력사용량을 파악한 후 각 변압기별로 공급되는 현재의 공급전력을 기준으로 연간 전력사용량을 나누게 되면 각 변압기가 공급한 연간전력량을 유추해 낼 수 있었다. 이를 바탕으로 각 변압기별 연간부하율을 도출하였다. 전력용 변압기 이용 실태조사 흐름도는 <그림 1>과 같다.실태조사 결과분석1. 조사된 샘플에 대한 분석⑴ 수용가 기준실태 조사된 샘플 수용가를 검토하는 과정에서 일부 신뢰도가 떨어지는 실태조사표를 제외한 결과, 최종 분석대상으로 된 수용가는 총 743호이었다,이를 수용가 계약용량별로 구분하여 보면, 1,000㎾ 미만인 수용가는 80.48%(598호), 1,000㎾ 이상인 수용가는 19.52%(145호)인 것으로 나타났다.또한 도시 규모별로는 중·대도시가 39.57%(294호), 기타 도시는 60.43%(449호)인 것으로 조사되었다.⑵ 전력용 변압기 기준실태 조사된 전력용변압기는 총 1,698대였으며, 이 중에서 변압기 용량 1,000㎸A 미만은 1,134대인 66.78%, 1,000㎸A 이상은 564대인 33.22%인 것으로 나타났다.또한 변압기를 수전용과 구내 배전용으로 구분하여 보면 수전용 변압기는 전체 중 94.29%로서 대부분을 차지하고 있는 것으로 조사되었다. 2. 연간 부하율에 대한 분석

[표 7] 연간부하율(전체)

주) SD : 표준편차, SE : 표준오차⑴ 전체 평균전체 표본에 근거한 모집단 변압기의 평균 연간부하율의 추정치는 18.4%이며, 모집단 평균 부하율의 95% 신뢰구간은 (17.8, 19.1)이다.⑵ 용량별 연간 부하율모집단을 변압기 용량별로 나누어 분석해 보면, 용량 500㎸A 미만 변압기의 평균 연간부하율 추정치는 16.6%이며, 또한 용량 500㎸A~999㎸A 사이의 변압기 평균 연간부하율의 추정치는 18.0% 그리고 용량 1,000㎸A 이상인 변압기의 평균 연간부하율 추정치는 20.1%인 것으로 나타났다.모집단 변압기의 평균 연간부하율을 용량별로 비교 분석하였을 때, 변압기의 용량이 클수록 연간 부하율이 높은 것으로 분석되었다.(유의수준 0.05)

[표 8] 용량별 연간부하율

⑶ 업종별 연간 부하율표본을 업종별로 층화하였을 때, 제1업종의 모집단 변압기의 평균 연간부하율의 추정치는 20.9%, 또한 95% 신뢰구간은 (19.7, 22.1)이며, 제2업종의 모집단 변압기의 평균 연간부하율의 추정치는 19.1%이고 95% 신뢰구간은 (17.5, 20.6)이다. 제3업종의 모집단 변압기의 평균 연간부하율의 추정치는 16.6%, 95% 신뢰구간은 (15.4, 17.7)이며, 제4업종의 모집단 변압기의 평균 연간부하율의 추정치는 15.1%, 또한 95% 신뢰구간은 (13.9, 16.2)이다.모집단 변압기의 평균 연간부하율을 업종별로 비교 분석하였을 때, 제1종과 제2종 업종 간에는 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않고, 또한 제3종과 제4종 업종 간에도 유의적인 차이를 보이고 않고 있다. 제1종과 제2종을 한 그룹으로 하고 제3종과 제4종을 한 그룹으로 묶었을 때 이 두 그룹 사이에는 유의적인 차이가 있다. 즉, 제1종 업종과 제3, 4종 업종과는 유의적인 연간부하율의 차이가 있으며, 제2종과 제3, 4종 업종간의 연간부하율에는 유의적인 차이가 있다.

[표 9] 용량별 연간부하율

⑷ 도시규모별 연간 부하율모집단을 특별시, 광역시를 포함한 인구 50만 이상 중·대도시의 모집단 변압기 평균 연간부하율 추정치는 18.5%이며, 95% 신뢰구간은 (17.5, 19.4)이다. 인구 50만 미만 지역 변압기의 평균 연간부하율의 추정치는 18.4%, 95% 신뢰구간은 (17.5, 19.3)이다.모집단 변압기의 평균 연간부하율을 인구에 따른 도시규모별로 비교 분석하였을 때, 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않고 있다.(유의수준 0.05)

[표 10] 도시규모별 연간부하율

마무리이상과 같이 자가용 전기설비 수용가에 대한 전력용 변압기 이용 실태조사 결과 우리나라의 연간평균부하율의 추정치는 18.4%로 조사되었다.도시규모별 연간부하율은 중·대도시 및 기타 지역이 각각 18.5%, 18.4%로서 도시규모별로는 통계적으로 거의 차이가 없는 것으로 조사되었다. 연간부하율을 변압기 용량별로 구분해 볼 때, 용량 500㎸A 미만은 16.6%이었으나 용량 500㎸A~999㎸A 사이의 변압기는 18.0% 그리고 용량 1,000㎸A 이상은 20.1%로 나타나, 변압기의 평균 연간부하율은 변압기의 용량이 클수록 높은 것으로 나타났다.해외의 선진 각국은 2005년 2월 교토의정서 발효 이후 지구 온난화 방지 및 이산화탄소 배출 저감 등을 위해 국가적 차원에서 적극적으로 고효율 변압기의 사용을 장려하고 있다. 현재 우리나라에서도 에너지소비효율등급제도, 에너지절약마크제도, 고효율기자재 인증제도 등 세 가지 효율관리제도가 시행 중이며, 전력용 변압기와 관련해서는 2000년 9월에 유입변압기, 2001년 12월에는 몰드변압기가 고효율 기자재로 선정되어 실사용 보급 중이다.이러한 고효율 변압기의 지속적인 보급 확대는 국가적으로 상당한 이익을 가져오는 것이므로, 본 조사결과를 토대로 전력용 변압기의 최저효율제 국내기준 마련 및 고효율 기자재 인증제도와 관련된 고효율 변압기의 기준안 등에 대한 검토 및 보완 시 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 특히 국내에 설치된 변압기의 효율성 등을 구체적으로 조사 분석하기 위한 지속적인 연구체계가 마련되면 국내 실정에 적합한 고효율 변압기의 생산 및 보급이 확대됨으로써 수용가의 전력요금 절감은 물론 관련업계의 시장경쟁력 강화를 기대할 수 있을 것으로 분석된다.※ 본 연구는 산업자원부와 에너지관리공단에서 시행한 전력수요관리 조사분석사업의 일환으로 수행되었다.