전력공학›배전반 및 제어기기

무효전력 보상

Reactive Power Compensation

무효전력이 문제가 되는 이유
💡 무효전력은 전선을 가득 채우지만 일은 안 한다
①유도성 부하(모터·변압기): 지상 무효전력 Q 소비
②Q는 일을 안 하지만 전류를 흘려 선로 손실·전압강하 유발
③콘덴서로 Q를 현장에서 공급 → 선로 전류 감소 → 손실·전압강하↓
콘덴서 보상 전후: 전류가 줄어든다
50%

콘덴서 보상량에 따른 부하전류·콘덴서전류·합성전류 벡터 비교

📐 보상의 원리
①부하 지상전류 I_L: 전압 V 보다 위상 뒤짐
②콘덴서 진상전류 I_C: 전압 V 보다 위상 앞섬
③I_L + I_C: 무효성분 상쇄 → 합성전류 감소, 역률 개선
필요한 콘덴서 용량 계산
역률 개선 콘덴서 용량
QC = P(tan θ₁ − tan θ₂) [kvar]
P: 유효전력[kW], θ₁: 개선 전 역률각, θ₂: 목표 역률각
콘덴서 용량 (단상)
QC = V² / XC = V² · ω C [var]
V: 단자전압, XC: 용량성 리액턴스, C: 정전용량
콘덴서 용량 (3상)
QC = 3Vφ² / XC = VL² / XC [var]
Vφ: 상전압, VL: 선간전압
조상설비 종류와 특성

전력용콘덴서·분로리액터·동기조상기·SVC 조상설비 4종 특성 비교

⚖️ 조상설비 비교
①전력용 콘덴서(SC): Q 공급 전용, 단계적 제어, 저비용
②분로 리액터(SR): Q 흡수 전용, 경부하·페란티 억제
③동기조상기: 과/부족 여자로 Q 공급·흡수 모두 가능, 관성 有
④SVC: 사이리스터 연속 제어, ms 응답, 현대 계통 표준
🔧 리액터 4종 분류
①직렬리액터: 콘덴서 회로에 직렬 삽입, 제5고조파 제거 → 이론 4%, 실제 5~6% 용량
②분로리액터: 선로에 병렬 접속, 충전전류 흡수 → 페란티 현상 방지
③한류리액터: 선로에 직렬 삽입, 단락전류 제한 → 차단기 차단용량 경감
④소호리액터: 중성점에 접속, 1선 지락전류 제한 → 공진접지(XL=1/3ωC)
시험 포인트
콘덴서 용량 공식
Qc = P(tanθ₁ − tanθ₂) [kvar]
역률 개선 계산 핵심 공식
역률 개선 효과
전류↓, 전압강하↓, 선로손실↓
P = VIcosθ → I = P/(Vcosθ)
페란티 현상 대책
분로 리액터(SR) 투입 → Q 흡수 → V↓
장거리 케이블 경부하 시 발생
한전 기준 역률
95% 이상 → 전기요금 할인
미달 시 할증, 초과 시 할인
🎯 시험 포인트
①Qc = P(tanθ₁−tanθ₂) — 계산문제 출제 빈도 높음
②콘덴서: Q 공급 → 전압↑ 역률 개선, 리액터: Q 흡수 → 전압↓
③동기조상기: 과여자→진상(Q공급), 부족여자→지상(Q흡수)
④리액터 4종: 직렬(5고조파제거), 분로(페란티방지), 한류(단락전류제한), 소호(지락전류제한)
⑤역률 95% 기준 — 미달 시 요금 할증, 초과 시 할인
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 유효전력 500kW, 역률 0.7→0.95로 개선할 때 필요 콘덴서 용량[kvar]은? (답: Qc = 500×(tan(cos⁻¹0.7) − tan(cos⁻¹0.95)) = 500×(1.020−0.329) = 345.5 kvar)
②[기출유형] 직렬리액터의 역할과 적정 용량은? (답: 제5고조파 제거, 이론 4%, 실제 5~6% 콘덴서 용량)
③[기출유형] 동기조상기의 역률 제어 방법을 설명하시오. (답: 과여자 시 진상(Q 공급), 부족여자 시 지상(Q 흡수))