역률개선 효과

역률개선이란

역률개선은 유효전력은 그대로 두고 무효전력을 줄여 역률을 높이는 것이다.

역률은 피상전력에 대한 유효전력의 비다. 그래서 cos θ = P/S 로 정의한다.

이 무효전력을 어떻게 줄이는지 다음 장면에서 원리부터 본다.

무효전력의 상쇄 원리

전동기나 변압기 같은 유도성 부하는 전류가 전압보다 뒤처지는 지상 역률을 보인다.

이 지상 무효전력을 커패시터의 진상 무효전력으로 상쇄하는 것이 역률개선의 원리다.

필요한 콘덴서 용량은 Qc = P(tanθ1 − tanθ2) 로 구한다. 유효전력 P는 변하지 않는다.

역률 과보상은 콘덴서가 필요량보다 커서 역률이 진상으로 기우는 상태다.

계산 예제

1,000kW, 역률 0.8 지상 부하를 역률 1.0으로 개선하는 경우를 계산한다.

개선 전 무효전력은 1000 × 0.75 = 750kvar 이다. 콘덴서도 750kvar 가 필요하다.

역률이 1.0이 되면 무효전력이 0이 되어 선로 전류가 120.3A 에서 96.2A 로 줄어든다.

전류가 줄면 손실이 감소하여 65,064W 에서 41,660W 로 약 36% 줄어든다.

역률의 제곱에 반비례하는 손실의 성질을 수치로 확인한다.

헷갈리는 점과 과보상

계산 문항에서 흔한 실수부터 본다. 유효전력 P는 그대로 두고 무효전력 Q만 줄인다.

손실 감소를 역률에 정비례로 쓰면 틀린다. 손실은 역률의 제곱에 반비례한다.

과보상이 되면 진상 무효전력 과다로 전압이 오르고 계전기가 오동작할 수 있다.

고조파가 많은 계통은 공진을 먼저 검토하고 직렬리액터를 함께 쓴다.

정리: 수용가와 전력회사 측 이점

방금 문제의 답은 약 36%다. 전력손실은 역률의 제곱에 반비례하여 줄어든다.

수용가 측은 요금 할증을 피하고 감액 혜택을 받으며, 설비 여유를 얻는다.

전력회사 측은 손실을 줄이고 설비를 합리화하며 블랙아웃을 예방한다.

역률개선은 유효전력은 그대로 두고 무효전력만 줄이는 것이다. 과보상만 주의한다.