수용률·부등률·부하율

왜 배우는가: 수용률·부등률·부하율은 변압기와 수변전설비의 용량을 합리적으로 정하는 기본 지표다. 과대 설계는 설비비와 무부하손실을 키우고, 과소 설계는 과부하와 사고를 부른다. 시험에서는 정의, 계산식, 상호관계를 묶어 반복해서 묻는다.

출제 이력: 제127회 1교시 2번, 제113회 1교시 3번, 제109회 1교시 7번, 제90회 1교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

수용률은 설비의 최대 수요전력을 설비 용량으로 나눈 비율, 부등률은 개별 최대 수요의 합을 합성 최대 수요로 나눈 값, 부하율은 평균 수요를 최대 수요로 나눈 백분율이다.

핵심 키워드

• 수용률(Demand Factor)
• 부등률(Diversity Factor)
• 부하율(Load Factor)
• 합성 최대 수요전력(Coincident Maximum Demand)
• 설비 용량(Connected Load)
• 변압기 용량 산정
• 부하 다양성(Load Diversity)
• 평균 수요전력(Average Demand)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 설비를 모두 동시에 최대로 쓰는 일은 드물다. 그래서 설비 용량 전체를 기준으로 삼지 않고, 실제로 동시에 쓰이는 양만 골라 용량을 정한다. 이 과정을 설명하는 세 지표가 수용률, 부등률, 부하율이다.

수용률은 수용가 또는 설비군이 가진 설비 용량 합계 중에서 실제 최대 수요전력이 차지하는 비율이다. 설비가 동시에 얼마나 사용되는지를 나타내며, 사용 빈도를 고려해 정한다. 식으로는 수용률 = 최대 수요전력 / 설비 용량 × 100(%)이다.

부등률은 개별 부하들의 최대 수요가 같은 시각에 일어나지 않는 정도를 나타낸다. 각 부하의 최대 수요 합계를 합성 최대 수요로 나눈 값이다. 부등률은 항상 1 이상이다. 값이 클수록 부하들의 피크 시각이 서로 어긋나 있다는 뜻이다.

부하율은 일정 기간의 평균 수요전력을 같은 기간의 최대 수요전력으로 나눈 백분율이다. 부하 변동이 작을수록 부하율은 높아진다. 부하율은 1 이하이다.

세 지표는 모두 '실제로 쓰이는 전력'과 '준비해 둔 용량' 사이의 관계를 나타낸다. 변압기 용량은 합성 최대 수요전력을 기준으로 정하며, 변압기는 그 값보다 크거나 같아야 안전하게 동작한다.

3. 등장 배경과 필요성

전력설비를 설계할 때 모든 부하의 정격 용량을 단순히 더하면 실제보다 훨씬 큰 설비가 된다. 수용가 상호간, 배전 변압기 상호간, 급전선 상호간, 변전소 상호간에서 각 최대 부하가 같은 시각에 발생하지 않기 때문이다. 이 시간적 어긋남을 수치로 나타내기 위해 부등률이 도입되었다.

설비 용량을 낮게 잡으면 과부하, 전압 강하, 변압기 과열이 생긴다. 반대로 높게 잡으면 초기 투자비와 무부하손실이 늘어난다. 수용률, 부등률, 부하율은 이 두 위험 사이에서 합리적인 용량을 정하는 근거가 된다.

건축물에서는 용도별로 부하 특성이 다르다. 사무실, 상가, 주거, 기계설비의 피크 시간대가 서로 다르므로 용도별 수용률과 부등률을 적용해 합성 최대 수요를 구한다. 이 값이 변압기 뱅크와 수전설비 용량의 출발점이다.

참고 관계

수용률, 부등률, 부하율은 서로 독립된 값이 아니다. 두 값을 알면 나머지 하나를 역으로 구할 수 있다. 따라서 자료가 부족할 때도 관계식으로 빠진 값을 계산할 수 있다.

4. 구성요소·원리·절차

수용률, 부등률, 부하율은 설비 용량을 정하는 세 개의 계획 지표다. 세 값은 따로 떨어진 개념이 아니라 한 식으로 묶여 있다.