수용률, 부등률, 부하율의 이해

수용률, 부등률, 부하율은 전력 시스템에서 중요한 개념입니다. 

이들은 전력 공급과 수요의 균형을 나타내는 지표로, 전력 시스템의 안정성과 효율성에 영향을 미칩니다. 

이번 글에서는 이들 개념에 대해 간단히 설명하고, 예시를 통해 살펴보겠습니다.

수용률은 전력 시스템이 수용할 수 있는 최대 전력 수요의 비율을 나타냅니다. 

수용률이 높을수록 전력 시스템이 더 많은 전력을 공급할 수 있습니다. 

수용률은 전력 시스템의 발전 용량과 송전 용량에 의해 결정됩니다. 

 

발전 용량은 발전기가 생산할 수 있는 최대 전력을 의미하고, 

송전 용량은 송전선이 전달할 수 있는 최대 전력을 의미합니다. 

발전 용량과 송전 용량 중 작은 값이 수용률이 됩니다.

 

수용률 = 실제 공급 전력 / 최대 공급 전력 = 최대수요전력[kW] x 100[%] / 부하설비의 합계 [kW]

<ex> 전열설비 800W, 전등기 설비 250W, 전등설비 200W, 기타설비 100W인 수용가가 있을 때,

            이 수용가의 최대 수용 전력이 890W이면 수용률은 얼마인가?

             수용률 = 최대 수용 전력 / 설비용량(접속부하) x 100% 

                         = 890/(800+250+200+100)/890 x100 = 890/1350 x100 = 65.9%

 

부등률은 전력 시스템의 실제 전력 수요와 수용률의 비율을 나타냅니다. 

다시 말해 부등률은 최대 전력의 발생시각 또는 발생 시기의 분산을 나타내는 지표로서

일반적으로 1보다 큽니다. 

또한, 부등률의 경우에는 수용률과 다르게 %로 나타내지 않습니다. 

부등률이 높을수록 전력 시스템이 과부하 상태에 가깝다는 것을 의미합니다. 

부등률이 1에 가까워지면, 전력 시스템이 수요를 충족시키기 어렵고, 

정전이나 주파수 변동 등의 문제가 발생할 가능성이 높아집니다. 

반면, 부등률이 0에 가까워지면, 전력 시스템이 과잉 공급 상태에 있다는 것을 의미합니다. 

이 경우, 발전기가 불필요하게 작동하거나, 송전선이 불필요하게 에너지를 손실하게 됩니다. 

따라서, 부등률은 적절한 범위 내에서 유지되어야 합니다.

부등률 = 최대 부하 / 평균 부하

= 각 부하의 최대 수요 전력의 합 / 각 부하를 종합하였을 때의 최대 수요 전력(합성 최대 전력)

 

<ex> 1블럭의 설비가 150kW, 2블럭의 설비가 200kW이고, 수용률은 1블럭이 0.6이고 2블럭이 0.8일 때 부등률은?

          단, 합성 최대 전력은 240kW이다. 

           부등률 = 개개의 최대 전력의 합 / 합성 최대 수용 전력  = (150 x 0.6 + 200 x 0.8) / 240 = (90 + 160) / 240 = 1.04

 

 

부하율은 전력 시스템의 평균 전력 수요와 최대 전력 수요의 비율을 나타냅니다. 

다른 표현으로는 일정 기간 중 부하 변동의 정도를 나타내는 것입니다. 

부하율이 낮을수록 전력 시스템의 수요 변동이 크다는 것을 의미합니다. 

예를 들어, 낮과 밤, 여름과 겨울 등의 시간대나 계절에 따라 

전력 수요가 크게 달라지는 경우, 부하율이 낮아집니다. 

이 경우, 발전기나 송전선의 용량을 최대 전력 수요에 맞추어야 하므로, 

비효율적인 자원 사용이 발생할 수 있습니다. 

따라서, 부하율을 높이기 위해, 수요관리나 에너지 저장 등의 방법을 활용할 수 있습니다.

부하율 = 평균 부하 / 최대 공급 전력

 

 <ex> 하루 동안 사용 전력량이 70kWh 이고, 최대 전력이 8kWh인 플랜트의 부하율은 몇 %인가?

           부하율 = 평균 전력 / 최대수용전력 x 100% = 70 / (8 x 24)  x 100 = 36.45%

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이들 지표들은 서로 영향을 미치는 관계에 있습니다. 

예를 들어, 수용률이 높으면 전력 시스템이 효율적으로 운영되고 있다는 것을 의미합니다. 

하지만 수용률이 너무 높으면 

전력 시스템에 과부하가 걸리거나 예기치 못한 부하 증가에 대응하기 어려워질 수 있습니다. 

따라서 수용률을 적절한 수준으로 유지하는 것이 중요합니다. 

반면에, 부등률이 높으면 전력 시스템의 부하가 불안정하고 예측하기 어렵다는 것을 의미합니다. 

이는 전력 시스템의 안정성과 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다. 

따라서 부등률을 낮추는 것이 바람직합니다. 

마지막으로, 부하율은 전력 시스템의 용량 대비 사용량을 나타내는 지표입니다. 

부하율이 높으면 전력 시스템의 용량이 잘 활용되고 있다는 것을 의미합니다. 

하지만 부하율이 너무 높으면 전력 시스템에 여유가 없어지고, 

수요가 증가할 때 공급이 부족해질 수 있습니다. 

따라서 부하율도 적절한 범위 내에서 유지하는 것이 필요합니다.

 

또한, 이들 사이의 관계식도 중요합니다. 

합성 최대 전력 = 각 부하의 최대 수요 전력의 합[kW] / 부등률

= 부하 설비 합계[kW] x 수용률 / 부등률 

= 변압기 용량

 

부하율 = 평균 수요 전력[kW] x 100% / 최대 수요 전력(합성 최대 전력)[kW]

= 평균 수요 전력 [kW] / 부하 설비 합계 [kW]   x  부등률/수용률  x 100%

 

<ex> 어떤 지역에 3상 배전선으로 전력을 공급하는 변전소가 있다.

          이 지역 냉의 설비 부하는 전등 설비 3000kW, 동력 설비 4000kW이고 수용률은 각각 0.6, 0.5 이다. 

          이 변전소에서 공급하는 최대 용량은 몇 [kVA]dlsrk?

           단, 배선 전로의 전력 손실률을 전등, 동력 모두 10%로 하고, 부하 역률은 전등, 동력 모두 변전소에서 0.8로 하며,

                 전등, 동력 부하간의 부등률은 1.25이다. 

                  최대용량 = 합성 최대 전력 = 변압기 용량 = 부하설비합계 x 수용률 / 부등률

                                  = (3000 x 0.6 + 4000 x 0.5) / (1.25 x 0.8)  x 1.1(손실률 고려한 10% 추가)

                                  = (1800 + 2000) / 1 x 1.1 = 4180kVA

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이상으로 수용률, 부등률, 부하율 상호간의 관계에 대해 설명해 보았습니다. 

이들은 모두 전력 시스템의 성능과 안전성을 평가하는 중요한 지표들입니다. 

따라서 이들을 적절하게 관리하고 최적화하는 것이 전력 시스템의 효율적인 운영에 도움이 됩니다.