변압기 용량과 계약전력 선택 시 고려해야 할 기술적 요소
서론
변압기 용량과 계약전력은 단순히 장비의 크기나 숫자가 아니라, 사업장의 전기요금을 좌우하고 안전한 전력 운영을 결정짓는 핵심 요소입니다. 많은 사업장에서 “변압기를 크게 설치하면 안정적이겠지” 혹은 “계약전력은 일단 넉넉하게 잡는 것이 유리하지 않을까?”라고 생각하지만, 이는 실제로 불필요한 기본요금 부담이나 전력 설비의 비효율로 이어질 수 있습니다.
이번 글에서는 변압기 용량과 계약전력을 선택할 때 반드시 고려해야 하는 기술적 요소들을 전문가 관점에서 심층 분석합니다. 기본적인 계산 방식부터 설계 기준, 전기요금과의 연계, 그리고 현장에서 자주 발생하는 문제점과 해결책까지 단계적으로 다루겠습니다.
변압기 용량 산정의 기본 원리
변압기 용량은 일반적으로 최대부하 전력(kW)과 수용률, 역률을 고려하여 결정됩니다. 계산 공식은 다음과 같습니다.
변압기 용량(kVA) = 최대수요전력(kW) ÷ 역률
예를 들어, 최대수요전력이 300kW이고 역률이 0.9라면, 필요한 변압기 용량은 약 333kVA가 됩니다. 하지만 실제 설계에서는 10~20% 여유를 둬 350~400kVA 변압기를 선정하는 것이 일반적입니다.
여유를 두는 이유는 다음과 같습니다.
- 부하 증가에 따른 확장성 확보
- 여름·겨울 피크 시 과부하 방지
- 단락·기동 전류 등 일시적 충격 대응
하지만 여유를 과도하게 잡으면 불필요한 기본요금 부담으로 이어질 수 있어 주의가 필요합니다.
계약전력과의 연계
계약전력은 변압기 용량과 직접적으로 연결됩니다. 한국의 요금 체계에서 고압 수전 시 계약전력은 보통 변압기 용량을 기준으로 정해집니다. 따라서 변압기를 크게 설치하면 자동적으로 계약전력이 커지고, 이에 따른 기본요금도 높아집니다.
반면 사용설비 기준으로 계약전력을 산정할 수도 있습니다. 이 경우, 실제 장비 사용 패턴을 반영해 합리적으로 낮은 계약전력을 신청할 수 있어 요금 절감에 유리합니다. 다만, 이를 위해서는 사용설비 내역서 작성과 동시사용률 계산이 필요하며, 전기안전공사 및 한전의 승인이 필요합니다.
즉, 변압기 용량은 전기적 안정성, 계약전력은 경제성이라는 두 가지 키워드가 동시에 작용합니다. 어느 한쪽만 고려하면 과잉 투자나 과다 요금이 발생할 수 있습니다.
고려해야 할 기술적 요소
변압기 용량과 계약전력을 결정할 때 고려해야 할 주요 기술적 요소는 다음과 같습니다.
1. 최대수요전력 분석
계약전력은 단순 설비 합계가 아니라 동시사용률과 부하 패턴을 반영해야 합니다. 예를 들어, 냉난방과 조명이 동시에 가동되는 시간대가 피크라면, 해당 시간대의 실제 수요를 정확히 측정해야 합니다. 이를 위해 15분 단위 부하 측정이 필요합니다.
2. 부하 특성
모터, 히터, 인버터, IT 부하 등 부하의 성격에 따라 기동 전류, 무효전력, 고조파 발생이 달라집니다. 변압기 용량은 단순 평균치가 아니라 이런 특성을 반영해야 안전합니다.
3. 역률
역률이 낮으면 같은 kW 부하라도 더 큰 kVA 용량이 필요합니다. 따라서 변압기 선정 전 역률 개선 설비(콘덴서 뱅크, 자동역률조정기) 설치 여부를 검토해야 합니다. 역률 개선은 변압기 용량뿐 아니라 요금 절감에도 기여합니다.
4. 향후 확장 계획
사업장이 향후 증설을 계획하고 있다면 초기부터 적정 여유 용량을 확보하는 것이 바람직합니다. 다만, 무리하게 큰 용량을 설치하면 불필요한 기본요금을 매달 부담해야 합니다. 따라서 5년 내 예상 부하를 기준으로 설계하는 것이 적절합니다.
5. 경제성 vs 안정성 균형
변압기를 크게 하면 안정성은 올라가지만, 계약전력도 함께 올라가 기본요금이 늘어납니다. 반대로 너무 타이트하게 하면 피크 때 변압기가 과부하로 손상될 수 있습니다. 따라서 경제성과 안정성 사이에서 최적의 균형을 찾는 것이 중요합니다.
실무 사례
한 중소 공장은 초기 설비 부하를 200kW로 예상하고, 250kVA 변압기를 설치했습니다. 하지만 실제 운영에서 냉동기와 압축기가 동시에 가동되며 최대수요전력이 280kW까지 치솟았고, 변압기가 과부하 상태에 들어가면서 잦은 고장이 발생했습니다.
결국 400kVA 변압기로 교체했는데, 이때 계약전력도 함께 상향되어 기본요금이 매달 100만 원 이상 증가했습니다. 만약 처음부터 예상 피크 부하를 정밀 분석하고 350kVA 수준으로 설계했다면, 과부하 문제와 불필요한 요금 모두 피할 수 있었을 것입니다.
절감 전략
변압기 용량과 계약전력을 효율적으로 선택하기 위한 전략은 다음과 같습니다.
- 부하 패턴 측정: 최소 1개월 이상 실측 데이터를 확보
- 사용설비 기준 신청: 필요 시 변압기 용량 대신 사용설비 내역으로 계약전력을 낮춤
- 역률 개선: kW/kVA 비율을 높여 불필요한 용량 확대 방지
- 피크 관리: 수요제어기, ESS, 공정 분산으로 최대수요전력 억제
- 장기 계획 반영: 증설 가능성을 고려하되 과잉 설계는 지양
결론
변압기 용량과 계약전력 선택 시 고려해야 할 기술적 요소는 단순히 설비의 크기 문제가 아니라, 전력 운영의 안전성과 경제성을 동시에 만족시켜야 하는 문제입니다. 최대수요전력 분석, 부하 특성, 역률, 확장 계획 등을 종합적으로 고려해 최적의 설계를 해야 불필요한 기본요금 부담을 막을 수 있습니다.
결국, 가장 중요한 것은 “우리 사업장의 실제 부하 패턴을 정확히 아는 것”입니다. 이를 바탕으로 변압기와 계약전력을 합리적으로 선정한다면, 장기적으로 안정성과 경제성을 동시에 확보할 수 있습니다.