전력공급 신뢰도 지표

왜 배우는가: 전력공급 신뢰도 지표는 정전의 빈도와 지속시간을 수치로 표현해 설비 투자와 운영 목표를 판단하는 기준이다. 발송배전기술사 시험에서는 SAIFI·SAIDI 정의와 계산, 순간정전·순간저전압 대책과 함께 반복 출제된다.

출제 이력: 제133회 3교시 4번, 제129회 1교시 4번, 제125회 1교시 11번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

전력공급 신뢰도 지표는 일정 기간 동안 고객이 겪는 정전의 빈도(회/고객)와 지속시간(시간/고객)을 수치로 나타내 계통의 공급 신뢰도를 평가하는 척도이다.

• SAIFI(System Average Interruption Frequency Index, 계통 평균 정전 빈도)
• SAIDI(System Average Interruption Duration Index, 계통 평균 정전 지속시간)
• CAIDI(Customer Average Interruption Duration Index, 고객 평균 정전 지속시간)
• LOLP(Loss of Load Probability, 부하손실확률)
• LOLE(Loss of Load Expectation, 부하손실기대치)
• 순간정전(Momentary Interruption)
• 순간전압강하(Voltage Sag)
• 정전 빈도·지속시간

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 한 해 동안 고객이 정전을 몇 번 겪었는지와 정전이 얼마나 오래 이어졌는지를 계통 전체 평균으로 나타낸 값이다. 두 값을 함께 보아야 정전이 자주 짧게 일어난 것인지, 드물게 길게 일어난 것인지 구분할 수 있다.

정식 정의로는, SAIFI는 계통의 평균 고객당 정전 횟수이고 단위는 회/고객이다. SAIDI는 계통의 고객당 평균 정전 지속시간이고 단위는 분/고객 또는 시간/고객이다. 둘 다 통상 1년 단위로 계산하며, 그 산정 식은 다음과 같다.

$SAIFI = \frac{\sum \lambda_i N_i}{\sum N_i}\ \text{[회/고객]}$

$SAIDI = \frac{\sum U_i N_i}{\sum N_i}\ \text{[시간/고객]}$

여기서 \lambda_i는 지점 i의 연간 고장률(회/년), U_i는 지점 i의 연간 정전 시간(시간/년), N_i는 지점 i의 고객 수다.

LOLP는 어떤 기간(보통 1년) 중 공급력이 수요를 감당하지 못하는 시간 비율 또는 확률이다. LOLE는 같은 기간 동안 예상되는 부하손실 일수(또는 시간)의 합이다. 발전 신뢰도에서 쓰는 지표로, 배전 신뢰도 지표인 SAIFI·SAIDI와는 평가 대상이 다르다.

순간정전은 짧은 시간의 공급 중단이고, 순간전압강하는 전압 실효값이 정격의 일정 비율 아래로 짧게 떨어지는 현상이다. 전압강하 크기와 지속시간으로 특성을 나타낸다.

3. 등장 배경과 필요성

미국은 1965년 북동부 대정전 이후 발전·송전·변전·배전의 신뢰도 평가에 관심이 커졌다. 1969년 Capra 등은 표준화된 신뢰도 수준으로 설계하자고 제안했으며, 이 제안이 오늘날 SAIFI와 유사한 지표의 출발점이 되었다.

1970년대에 SAIFI, SAIDI, CAIDI 등이 널리 쓰이기 시작했다. 초기에는 정전 기록표를 바탕으로 계산했고, 이후 전산화된 정전관리시스템(OMS)이 이를 대체했다. IEEE는 Power Engineering Society를 통해 지표 표준화 작업을 시작했고, 그 결과 IEEE 1366 계열 표준에서 현재 쓰는 지표가 정의되었다.

필요성은 두 가지다. 첫째, 정전을 객관적 수치로 비교해야 설비 투자와 보수 우선순위를 정할 수 있다. 둘째, 고객 입장에서는 정전 빈도보다 순간전압강하처럼 짧지만 민감 부하에 피해를 주는 현상도 관리 대상이 되었다. 이에 따라 정전 지표와 순간전압강하 지표를 함께 쓰는 추세가 생겼다.

전력 사업자는 정전을 완전히 없앨 수 없다는 전제 아래 공급 신뢰도를 관리한다. 그래서 신뢰도 지표로 목표 수준을 정하고, 수요자는 자신의 설비 특성에 맞춰 순간정전·순간전압강하 대책을 세우도록 하고 있다.

4. 구성요소·원리·절차

신뢰도 지표의 계산은 정전 데이터를 집계하는 단계와 지표를 산출하는 단계로 나뉜다. 구성요소는 고객 수, 정전 횟수, 정전 시간이며, 이 세 값이 SAIFI·SAIDI의 분자와 분모를 이룬다.

원리는 고객 한 명이 1년 동안 겪는 정전을 전체 고객에 대해 평균하는 것이다. 정전 횟수는 고객당 정전 횟수로, 정전 시간은 고객당 정전 시간으로 표현된다. 두 지표를 함께 보면 정전이 잦은지, 한 번이 길었는지를 구분할 수 있다.

절차는 다음과 같다.

• 평가 기간(보통 1년)과 정전 기록의 범위를 정한다. 대규모 재해를 포함할지 여부도 함께 정한다.
• 배전 구간별로 정전 발생 횟수 \lambda_i와 정전 시간 U_i를 집계한다.
• 구간별 고객 수 N_i를 곱해 고객 정전 횟수와 고객 정전 시간의 합을 구한다.
• 총 고객 수 N_T로 나누어 SAIFI와 SAIDI를 계산한다.
• 결과를 기준값과 비교하고 취약 구간을 찾는다.

공식은 다음과 같다.

$SAIFI = \frac{\sum_i \lambda_i N_i}{\sum_i N_i}\ \left[\text{회/고객·년}\right]$

$SAIDI = \frac{\sum_i U_i N_i}{\sum_i N_i}\ \left[\text{시간/고객·년}\right]$

여기서 \lambda_i는 구간 i의 연간 고장률(회/년), U_i는 구간 i의 연간 정전 시간(시간/년), N_i는 구간 i의 고객 수다. 분모는 전체 고객 수다.

실제 정전 지표 해석에서 순간정전(수 초 이내 복구)은 SAIFI에 포함되지만, 장시간 정전과 구분해 보고하는 것이 일반적이다. 전압 쪽 현상은 별도로 SARFI 계열 지표로 다룬다.

도식은 지표 산출 흐름을 나타낸다.

이 절차에서 핵심은 고객 가중 평균이다. 고객 수가 많은 구간의 정전이 지표에 더 크게 반영되므로, 구간별 값을 단순 평균하면 틀린 결과가 된다. SAIFI와 SAIDI는 고객 수로 가중한 고객당 평균값이다

5. 관련 법령·기준·표준

신뢰도 지표의 정의는 미국 IEEE 표준 P1366 계열이 기준이 되어 왔다.

• IEEE Std 1366: 배전 신뢰도 지표(SAIFI, SAIDI, CAIDI, MAIFI 등)의 계산 방법을 규정한다. 주요재해(major event) 포함·제외 기준을 함께 둔다.
• IEEE 1159: 전압 강하(sag)의 크기와 지속 시간 정의를 제공한다.
• IEEE Std 1366 참고 기준값: 북미 전력회사의 SAIFI 중앙값은 1.10회/고객·년 수준이다.
• SAIDI 참고 기준값: 북미 전력회사 중앙값은 1.50시간/고객·년 수준이다. 주요재해를 포함하면 범위가 더 넓어진다.

표 아래 설명: 북미 기준은 국내 값과 직접 비교할 수 없다. 계통 규모와 정전 기록 방식이 달라서, 국내 수치를 쓸 때는 평가 기간과 주요재해 처리 기준을 함께 밝혀야 한다.

전압 강하의 정의도 신뢰도 평가와 연결된다. 순간전압강하는 실효값이 공칭 전압의 10~90%로 떨어져 0.5사이클에서 1분 사이 지속되는 현상이다. 이 범위를 넘어 1분 이상 이어지면 지속 전압 저하로 본다.

지표를 다룰 때 가장 자주 생기는 혼동은 기준 시점이다. 같은 SAIDI라도 주요재해를 포함하면 값이 크게 달라진다. 답안에는 항상 평가 조건을 함께 적는다.

6. 유형과 비교

전력공급 신뢰도 지표는 정전 빈도와 정전 지속시간, 그리고 계통 공급능력 확률로 나뉜다. 계통 운용 측면과 설비 계획 측면에서 쓰임이 다르므로 아래 표로 구분한다.