Condenser에 의한 역률 개선

일반적으로 전력은 전압[V]과 전류[I]의 곱으로 표시되지만, 교류의 전력은 전압과 전류의 시간적인 차이(위상차 ф)에 따라 다르므로 P=(VI)×(cosфP=(VI) ×(cosф)로 표시됩니다. 이것을 참전력(유효 전력)이라 하고, 이 경우의 cosф는 참전력을 나타내는 비율을 나타내는 것으로, 이것을 역률이라고 합니다.

 

Condenser에 의한 역률을 개선한다는 것은 이미 다 알고 있는 내용으로서 계통에 접속된 지상역률의 부하전류를 콘덴서를 병렬로 접속하여 모선에서 진상전류를 취하게 함으로써 부하에 의한 지상전류를 보상하여 목적하는 역률을 얻는 역률 개선에 있어 가장 간단한 설비를 적용하는 기법입니다.

 

계통에서 지상전류를 필요로 하는 부하는 여자전류를 필요로 하는 변압기 및 유도전동기가 대표적입니다. 또한 지상전류가 없으면 교류전력계통은 성립될 수 없기 때문에 반드시 필요하지만 너무 크게 되면 전압강하가 커지고 전력손실도 크게 되므로 적절한 방법을 사용하여 이를 보상하여야 하는데 이러한 보상기기 중 가장 값이 저렴하고 유지보수도 간편하며 운전도 매우 편리한 콘덴서가 전력회사가 아닌 수용가에서 가장 보편적으로 적용되는 설비입니다.

 

1. 역률 보상에 적용되는 기기

1.1 동기 조상기 (Synchronous Condenser)

이는 우리가 잘 아는 동기전동기를 무부하로 운전하면서 그 유명한 여자전류 와 역율의 관계를 나타내는 V 곡선의 특성을 이용하여 여자전류를 조정하여 진상에서부터 지상까지를 연속적으로 조정할 수 있는 가장 우수한 설비입니다. 하지만 회전기로서 경제적인 면에서 불리하므로 한국전력과 같은 전력회사가 아니면 적용하기가 쉽지 않은 단점이 있습니다. 다시 한번 말하자면 동기 조상기란 무부하로 운전되는 동기전동기입니다.

1.2 콘덴서 (Condenser)

현재 설명되고 있으므로 특별한 설명이 필요 없을 것이나 콘덴서의 가장 큰 단 점은 연속적인 보상이 안 된다는 것과 오직 진상전류만을 취한다는 것입니다.

1.3 SVC (Static Var Compensator)

전력전자 부품의 신뢰성 향상과 기술의 급속한 발전을 배경으로 회전기인 동기 조상기의 단점을 보완하고자 콘덴서와 리액터를 적절히 조합하여 필요에 따라 SCR을 이용하여 진상에서 지상까지를 연속적으로 조정할 수 있도록 한 역률 개선용 전력전자 설비로서 이미 미국에서는 오래전부터 광범위하게 적용되고 있고 우리 한국전력에서도 이미 실전 배치가 되어 있습니다.

 

2. 역률 개선에 필요한 콘덴서 용량 계산

아래 표는 주어진 부하에 대하여 전력을 그대로 유지하면서 역률을 보상하고자 할 경우 매번 계산하여야 하는 불편함을 없애 주며 즉시 필요한 콘덴서 용량을 표에서 찾아 투입해 줄 수 있는 편리함을 제공해 주고자 하는 것입니다. 표를 가지고 필요한 콘덴서 용량을 찾아내는 방법은 다음과 같습니다.

 

표의 왼쪽에 있는 개선 전의 역률 축에서 수평으로 직선을 그어 표의 중간에 곡선으로 표시된 개선 후의 역률 곡선과 만나는 점을 찾아 그 점에서 수직으로 직선을 그어 가로축과 만나는 점을 찾으면 이 점의 % 값이 역률 개선에 필요한 콘덴서의 용량으로서 현재 개선하고자 하는 부하의 전력에 대한 비율입니다. 이를 위와 같이 말로 설명하면 매우 장황해지지만 그림을 보면 매우 간단하므로 다음 페이지에서 그림을 가지고 예를 들어 설명하겠습니다.

역률-개선에-필요한-콘덴서-용량

현재 역률이 0.8이고 1000 kW의 전력을 소비하는 부하의 역률을 0.95로 하기 위한 콘덴서의 용량을 위의 표에서 찾기 위해서는 앞에서 말로 설명한 대로 하면 됩니다.

 

Step 1
먼저 왼쪽 설치 전의 축에서 역률 0.8에 해당하는 점에서 표 중앙의 0.95 곡선과 만나는 점을 찾습니다. (표에 그려진 빨간색 직선)

Step 2
그 점에서 다시 수직선을 그어 아래 축과 만나는 점의 값을 읽습니다. (파란 선)

Step 3

위의 예에서는 만나는 점의 값이 40 % 이므로 콘덴서의 필요용량은 부하전력의 40%인 400 [kVAR] 이 됨을 쉽게 알 수 있게 됩니다.