고조파 발생 부하기기 증가에 따른 변압기 용도별 고조파 특성

동력 변압기는 동별 공용부하(조명 및 승강기 등)와 단지 내 동력설비, 소방설비, 단지 제어설비, 모니터링 설비 등에 전기를 공급하고 있으며, 단상 부하와 삼상 부하가 모두 접속되어 운영되고 있다. 특히 전기차 충전기, 급수펌프, 난팡 순환펌프, 승강기 등의 비선형 부하가 다수 있어 단지별(신축과 구축), 계절별 고조파 특성이 뚜렷할 것이다. 특히, 3상 정류회로가 적용된 승강기, 급수펌프, 난방 순환펌프에서 5차, 7차 고조파가 다수 발생될 것으로 예상되며, 난방과 급탕이 많이 사용되는 겨울철에 전류 THD가 낮을 것을 예상할 수 있다.

동력 변압기

1. 변압기 전력과 고조파 트렌드

동력 변압기는 전등전열 변압기와 달리 공용부의 전기 공급을 담당하여 시간대별 전기 사용량이 크게 변하지 않기에 전력 변화에 따른 전류 THD에 대한 변화가 크게 발생하지 않는다. 단상 부하와 삼상 부하가 모두 연결되어 3차, 5차, 7차 등의 고조파가 다양하게 분포하나 3상 급수펌프, 난방펌프, 승강기 등에 의한 5차 고조파 성분이 가장 많이 나타난다. 또한, 동력 변압기는 동분전반(LEM)과 기타 공용설비에 전기를 공급하기에 변압기와 동분전반과의 전력 및 고조파 발생 특성은 매우 상이하다. 동분전반에서는 대부분 승강기에 의해 발생되는 고조파 성분이 일시적으로 높게 나타나나 간헐적으로 운전하는 특성상 시간 또는 일 평균값에서는 높게 관측되지 않는다.

2. 변압기 이용률과 고조파에 의한 변압기 용량 감소

동력 변압기의 이용률은 계절부하를 사용하지 않는 측정 시기에서는 약 15% 이내로 이용률이 저조하게 나타났으며, 열교환기 설비의 사용이 증가하는 겨울철에 변압기 이용률이 확연하게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 일시적으로 주차장 배기팬 등이 투입되는 시점에서는 약 20%까지 이용률이 증가하게 된다. 변압기의 이용률과 유사성을 가지고 있어 변압기 이용률 증가에 따라 고조파 성분 비율이 감소하게 되고 변압기 감소비율 역시 감소하게 된다. 단자별 공용부의 부하설비 종류와 용량이 유사하기에 측정 단지 이외의 공동주택 단지에서 유사한 특성이 나타날 것을 예상할 수 있다.

공동주택에서의 고조파 관리 방안

1. 고조파 저감의 필요

측정이 진행된 단지들의 경우에는 고조파에 의한 피해가 우려되지 않으나, 고조파에 의한 영향을 생각하였을 때, 단지별로 관리가 이루어져야만 한다. 이번 측정 사례에는 LH 임대아파트를 대상으로 주로 신축 단지를 대상으로 하였으며, 냉방 부하가 영향을 미치는 여름철의 전등전열 변압기에 대한 고조파 특성을 제시하고 있지 않다. 여름철의 전등전열 변압기 이용률은 단지별로는 상이하겠으나 봄, 가을철 대비 약 1.5~2.5배 정도 증가한다. 이로 인하여 실제 여름철 변압기 이용률이 높은 노후 단지에서 정전 등의 문제가 발생하고 있다. 여름철의 변압기 이용률 증가를 고려하였을 경우, 구축 아파트 전등전열 변압기의 여름철 이용률을 고려한 고조파관리 방안이 필요하다. 다만, 단지별로 차이가 있기에 고조파 현황을 파악하기 위한 방법을 숙지하여 개별적인 모니터링이 필요하다.

2. 고조파 모니터링

아파트 관리 시스템에서는 계측과 장비의 한계로 인해 관리자가 고조파를 실시간 확인하는 것에는 한계가 있다. 실제로 변압기 및 전기설비에 문제가 발생하더라도 고조파를 예상할 뿐 특정할 수가 없다.

고조파 관리를 위한 현장 관리자의 관리 방안

• 계절부하 증가 시점에서의 변압기 이용률에 대한 모니터링
• 불평형률 계산과 중성선 역류, 역률의 모니터링
• 변압기 온도와 소음 확인
• 설비의 고장 및 오작동에 대한 기록
• 이후, 고조파 진단 진행

변압기 이용률에 대한 모니터링은 구축 단지 중심으로 여름철에 중요할 것이며, 공동주택의 부하 특성이 단지별로 유사할 것이므로 고조파에 대한 대략적인 변압기 용량 감소비율을 예상할 수 있다. 공동주택 비선형부하 증가에 따라 발생하는 고조파를 관리하기 위해서는 단지별 고조파 발생, 피해 사레에 대한 데이터 수집과 관리자 간의 내용 공유 등이 이루어질 수 있는 대책이 중요하다.