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고효율 변압기 국내외 동향과 전망LS산전 (02)2034-4770 / http://kr.lsis.biz 고효율 변압기의 필요성전 세계 전력망 손실(Network Losses)은 1천 279TWh, 손실율 9.2%(2004년 기준)이며, 전력망에서 발생하는 손실 1천 279TWh는 300㎿급 원자력발전소 486기에서 24시간 365일 동안 쉬지 않고 발전해야 얻을 수 있는 전력량이다. 세계 전력망 손실 중에서 23%인 285TWh가 배전용 변압기에서 발생되며, 이 가운데 56%인 161TWh가 절감 가능한 것으로 밝혀졌다. 이는 4천 300만 가구의 1년 전력 소모량과 같다.또한 환경문제의 대두로 지구 온난화 현상의 주범인 CO2 발생량을 저감하고 고가의 에너지 비용을 절감하기 위한 연구가 전기전력 분야에서도 활발히 진행되고 있다. 전력망에서 두 번째로 큰손실을 유발하는 배전용 변압기는 신규 기술 개발로 인해 에너지절감 효과가 기대되며, 전력선이나 케이블에 비해 교체가 상대적으로 용이하다. 뿐만 아니라 변압기 효율등급 등으로 관리적인 측면에서 다른 전력기기보다 관리가 수월한 장점을 가진다.
[표 1] 전 세계 전력망 손실  주) TWh : 10^12Wh 150TWh : 4,300만 가구 전력 소모량 [표 2] 전력망 손실 요인 [표 3] 손실 절감 가능량 국내외 고효율 변압기 동향1. 해외 주요국 고효율 변압기 동향 세계 각국에서 시행 중인 배전용 변압기 고효율 관련 프로그램은 정격 또는 특정 부하율에서 효율, 무부하손, 부하손 최대치 등을 규정하고 있으며, 사용기간 중 총 비용[TCO]을 포함하는 경우도 있다. 시행 제도로는 자발적 협약, 라벨링, 강제 규정 등이 있으며, 현재까지는 자발적 협약이 주류를 이루고있다. 각국의 제도에서 규정하는 무부하손, 부하손, 효율 규정은 철심소재로 방향성 전기강판(HGO, 자구미세화 HGO)과 아몰퍼스를 사용할 수 있도록 되어 있다. 해외 주요국 고효율 변압기 규격 및 특징은 <표 4>와 같다.
[표 4] 해외 주요국 고효율 변압기 규격 및 특징 2. 국내 고효율 변압기 동향아몰퍼스 메탈을 철심소재로 사용한 아몰퍼스 변압기 개발과 고효율 에너지 기자재 기준(산자부 고시)에 전력용 변압기 항목 추가로 고효율 변압기에 대한 등장 및 수요 증가가 예상되고 있다. 초기 고효율 에너지 기자재 기준은 부하율 100%에서 무부하손 및 효율을 규정하여 아몰퍼스 메탈을 사용해야만 했다. 하지만 기준이 2007년 7월 부하율 20~80%별 총 손실로 규정하는 기준으로 변경됨에 따라 철심소재로 아몰퍼스 메탈과 자구미세화 규소강판 모두 사용가능하게 되었다.
 [그림 1] 국가별 고효율 변압기 규격 효율 비교, 부하율 50% (1차전압 : 6.6㎸기준)고효율 변압기 최신 기술1. 변압기 고효율화를 위한 손실 개선변압기 손실은 무부하 손실(발생부위 : 철심)과 부하 손실(발생부위 : 권선)로 나뉘며 손실 개선을 위해서는 각각의 대응 방안이 필요하다. 무부하 손실의 개선을 위해서는 첫째, 저손실 코어 사용 및 철심 재료 개선(자구미세화 규소강판 적용), 둘째 철심 증가에 따른 자속밀도 경감, 셋째 가공방법의 개선이 필요하다. 부하 손실의 개선을 위해서는 두께가 얇은 재료를 사용하여 변압기 소형화 실현을 위한 최적화 설계가 필요하며, 도체 사용량 증가에 따라 전류밀도를 낮출 필요가 있다.2. 최적화 설계(기준 부하율)변압기 손실에 있어서, 현재 고효율 규격 저부하율 기준 50% 이하를 만족시키게 되면 철심 재료의 개선 및 최적화 설계의 효과는 미미해지고, 재료의 사용량이 대폭적으로 증가하여 고효율 변압기의 손실 개선 효과에 비해 제품가격이 많이 상승하는 현상이 나타난다. 따라서 부하율 기준 70% 정도의 고효율 변압기가 최적의 설계인 것으로 판단되며 수용자(수용가), 공급자(생산업체) 모두에게 이익이 될 것이다.
 [그림 2] LS 저소음 고효율 몰드변압기<그림 3>은 부하율 70% 기준을 적용하여 설계된 변압기 효율을 해외 주요국 고효율 규격과 비교해서 나타낸 것이다. 국내 규격 기준 부하율 70%로 설계된 변압기 효율이 해외 주요국 규격보다 더 높은 효율을 나타내고 있다. 이로 인해 기준부하율을 과도하게 낮추는 것은 국가 전체적으로 주요 원재료를 낭비하는 결과가 나타남을 알 수 있다.
 [그림 3] 국가별 변압기 효율마무리기준 부하율 50% 이상 높은 부하율을 보이는 자구미세 저소음 고효율 변압기는 500㎸A 이상의 대용량에 적합하며 해외 주요국보다 효율이 높기 때문에 국내뿐 아니라 해외시장에 대한 수요도 증가할 것으로 보인다. 또한 부하율 30% 이하인 변압기는 500㎸A 이하의 소용량에 적합할 것이다. 고유가 시대 및 고효율 기자재 규격 개정으로 국내 고효율 변압기의 두 가지 방향인 자구미세화 코어를 사용한 저소음 고효율 몰드변압기와 아몰퍼스 고효율 변압기의 자율적인 경쟁이 예상되며, 경쟁을 통해 상호 발전적인 방향으로 연구가 진행될 것으로 전망된다.첺전기용어사전변압기 소음 변압기에 전압을 인가하면 교번자속의 변동과 누설되는 자속, 전류에 의한 권선의 진동 등에 의해 소음이 발생하는데, 이 소음은 무부하 시에 가장 크고 경부하 시에 작다. 변압기의 철심은 인가전압 주파수의 두 배에 해당하는 주파수로 진동하므로, 소음은 주파수 두 배의 고조파로 구성된다. 따라서 보통 120㎐, 240㎐, 360㎐ 등의 정현파가 섞인 소음이라고 할 수 있다. 60㎐ 소음은 지각할 수 없을 정도로 작고 480㎐ 이상의 소음은 공기와 구조물에 의하여 잘 흡수되므로, 실제적인 소음의 주성분은 120㎐, 240㎐, 360㎐ 대역이라고 할 수 있다. 변압기의 %임피던스변압기의 %임피던스는 변압기 2차측을 단락시켰을 때 1차측에 정격전류가 흐르는 상태에서의 전압강하를 말한다. %임피던스가 크면 단락 전류가 적어지며 차단기 책무가 가벼워지고, 전압 변동이 커지면서 동손이 증가한다. 반면에 %임피던스가 작으면 단락비가 크기 때문에 전기자 반작용이 작아지고 철손 및 기계손이 증가, 가격이 비싸지며 안정도가 높아진다. 변압기식 변환기(Transformer-Type Changer) 2차 권선에 들어오는 변압기 기전력의 크기에 따라 가동부분의 기계적 변위량을 알아 내는 변환기. 1차 권선에 교류전류전압을 더하고 가동철심의 위치를 변화시키면 2차 권선에 기전력이 생기는데, 이것은 압력계, 동력계, 회전기계의 기계적 변위 및 마모 등과 관련된 보호에 쓰인다. 변압기 병렬운전(Parallel Operation of Transformer) 2대의 변압기를 병렬로 접속하고 용량에 비례하여 부하를 분담하도록 하는 방법. 병렬운전의 조건으로는 각 변압기의 극성이 일치할 것, 1차 및 2차 정격 전압과 권선비가 같을 것, 백분율 임피던스가 같을 것, 저항과 누설 리액턴스비가 같을 것 등이다.
<Energy News>
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