Shore Power와 변압기의 모든 것
이 글에서는 선박과 육상 전원 시스템(shoreside power, 육상전원공급장치)에서 사용되는 변압기(Transformer)와 shore power에 대해 구조, 사용 목적, 계산 방식, 실제 적용 예를 통해 상세히 설명합니다.
1. Shore Power의 정의와 필요성
Shore Power란, 선박이 정박 중일 때 자체 발전기를 꺼도 외부 육상 전원으로부터 전력을 공급받는 시스템입니다. 발전기 연료비 절감, 배출가스 저감, 소음 감소 등을 목적으로 필수적으로 적용되고 있습니다.
2. 기본 전기 사양
- AC 440V, 3상, 50Hz – 일반적인 육상 및 선박 전력 사양
- AC 220V, 3상 또는 1상, 50Hz – 저전압용 장비 혹은 수리설비에 사용
3. 변압기의 기본 개념
변압기(Transformer)는 AC 전압을 다른 전압으로 변환하는 장치입니다. 보통 입력측(primary)과 출력측(secondary) 권선을 코일로 구성하여 전자기 유도 원리로 동작합니다.
3상(3-Phase) 변압기 vs 단상(Single-Phase) 변압기
| 항목 | 3상 변압기 | 단상 변압기 |
|---|---|---|
| 코일 수 | 3개 | 1개 |
| 전력용도 | 대용량, 선박 전체 부하 | 소형 부하, 계기용 |
| 효율 | 높음 | 상대적으로 낮음 |
| 구성 | Δ-Δ, Y-Δ 등 다양한 연결 | 단순 구조 |
4. 실제 사례를 통한 설명
예1: 고압 변압기
HIGH VOLTAGE TRANSFORMER
AC 6600/450V
1200KVA, 105A / 1574.6A이 경우, 고압측 전류는 105A이고 저압측 전류는 1574.6A로 명시되어 있습니다.
계산식:
I = (kVA × 1000) / (√3 × V)
예를 들어, 6600V측 전류:
I = 1200000 / (1.732 × 6600) ≈ 105A
450V측 전류:
I = 1200000 / (1.732 × 450) ≈ 1538A
따라서 표기된 1574.6A는 근사값으로서 맞는 계산입니다.
예2: 단상 변압기 묶음
LOW VOLTAGE TRANSFORMER
AC 440/220V
3X25KVA / 1ph, 98.4A / 188.3A이 경우는 25KVA짜리 단상 변압기를 3개 사용하여 총 75KVA를 구성한 것입니다.
단상 vs 3상 차이점:
- 단상 변압기는 유지보수가 쉬움
- 고장 시 1대를 교체하면 됨
- 하지만 3상 부하에 균형 맞추기 어려움
예3: 3상 통합 변압기
LOW VOLTAGE TRANSFORMER
AC 440/220V
300KVA / 3ph, 393.6A / 753.1A위 예시는 단일 3상 변압기 하나로 구성되어 있어, 대용량 부하를 보다 안정적으로 커버합니다. 부하 밸런싱도 자동으로 맞춰짐.
5. 440V 3상에서 220V 단상 가능 여부
440V 3상 공급에서 220V 단상을 얻기 위해선 별도 변압기 또는 중성선(N)을 활용한 분압 방식이 필요합니다.
예: 선간전압(Line-to-Line) 440V → 상전압(Line-to-Neutral) ≈ 254V (440/√3)
하지만 정확히 220V를 위해선 440/220 전용 변압기를 사용하는 것이 일반적입니다.
6. 선박용과 육상용 변압기의 차이점
- 선박용 변압기: 소형화, 진동/습기/염분 대응, 고온 내성
- 육상용 변압기: 공간 제약 적음, 유지보수 용이, 대용량 대응
- 주파수: 대부분 50Hz지만, 일부 항구는 60Hz 지원 필요 (미국, 일본 일부)
7. Shore Power의 적용 예시
- 유람선/크루즈: 3.3kV 또는 6.6kV shore power 사용
- 군함: 표준 MIL shore connection 인터페이스
- 컨테이너선: 고압 shore 접속 장치로 크레인, 조명 공급
8. 결론
변압기는 shore power 시스템에서 핵심적인 역할을 하며, 단상과 3상 구성은 사용 목적과 설비 환경에 따라 달라집니다. 조선소나 선박 설계 시, 전력 용량, 부하 특성, 유지보수 전략 등을 고려한 최적 설계가 필요합니다.
🔧 참고 팁
- 변압기 용량 산정 시 항상 여유 용량(20~30%) 포함
- 변압기 보호 장치로 서지 보호기(SPD), 차단기 등 고려
- 부하 불균형 방지를 위한 3상 부하 분배 계획 중요