역률개선

정의

역률개선은 부하의 무효전력을 콘덴서로 보상해 역률을 높이는 조치다.

역률은 유효전력 P와 피상전력 S의 비이며, cos θ로 나타낸다.

이렇게 하면 같은 설비로 더 많은 유효전력을 공급할 수 있다.

원리

콘덴서는 부하와 병렬로 설치되어 지상 무효전력을 상쇄한다.

무효분이 줄면 피상전력 S와 선로전류 I가 함께 감소한다.

전류가 줄면 선로 손실과 전압강하가 함께 줄어든다.

무효분만 줄어드는 과정을 벡터도로 나타내면 이해가 쉽다.

예제

예제로 확인해 보자. 부하 50kVA, 역률 0.6(지상)이면 P는 30kW, Q는 40kvar이다.

여기에 콘덴서 40kvar를 병렬로 설치하면 무효전력이 0이 된다.

손실은 전류의 제곱에 비례하므로 손실 비는 900/2500 = 0.36이다.

즉 설치 후 손실은 설치 전의 36%이며, 64% 감소한다.

주의점

역률을 무작정 높이면 된다고 생각하면 안 된다.

경부하나 무부하 때도 콘덴서가 계속 투입되면 진상역률이 된다.

진상역률이 되면 전압이 상승하고 고조파 왜곡이 커진다.

그래서 야간에는 콘덴서를 선로에서 개방해야 한다.

용량 계산

개선 후 필요한 콘덴서 용량은 Qc = P(tanθ1 − tanθ2)이다.

여기서 P는 유효전력[kW], θ1과 θ2는 개선 전후의 역률각이다.

tanθ는 sinθ를 cosθ로 나눈 값이며, 개선 전후 역률 각각에 대해 구한다.

계산 순서는 현재 역률 측정, 목표 역률 설정, 용량 산정 순이다.

정리

역률개선의 핵심을 정리한다. 무효전력을 보상해 피상전력과 선로전류를 줄인다.

그 결과 손실과 전압강하가 줄고 설비용량에 여유가 생긴다.

다만 경부하 시에는 콘덴서를 개방해 과보상을 막아야 한다.