무효전력 보상

Reactive Power Compensation

무효전력 보상은 유도성 부하가 쓰는 Q를 콘덴서 등으로 현장에서 공급해 선로 전류를 줄이는 기술이에요. 역률이 개선되면 손실·전압강하가 줄고 설비용량 여유가 생겨요. 필요한 콘덴서 용량은 개선 전후 역률로 계산해요. 보상량 슬라이더로 전류·역률이 어떻게 좋아지는지 살펴봐요.

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

콘덴서 보상량50%

📐 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

Q_C = P(tan θ₁ − tan θ₂) [kvar]

P: 유효전력[kW], θ₁: 개선 전 역률각, θ₂: 목표 역률각

콘덴서 용량 (단상)

Q_C = V² / X_C = V² · ω C [var]

V: 단자전압, X_C: 용량성 리액턴스, C: 정전용량

콘덴서 용량 (3상)

Q_C = 3V_φ² / X_C = V_L² / X_C [var]

V_φ: 상전압, V_L: 선간전압

조상설비 종류와 특성

⚖️ 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))