페란티 현상

정의

페란티 현상은 경부하 장거리 송전선로에서 수전단 전압이 송전단보다 높아지는 현상이다.

정의에는 장거리와 경부하라는 두 조건을 함께 써야 한다. 장거리는 보통 200km 이상이다.

발생 원리

경부하에서는 선로 정전용량 때문에 진상 충전전류가 흐른다.

이 전류가 선로 인덕턴스에 전압을 만들고, 이 전압이 송전단 전압과 같은 방향으로 더해진다.

θ는 수전단 전압을 기준으로 한 부하의 위상각이다. 지상이면 양, 진상이면 음이다.

진상이면 X sinθ 항이 음으로 작용해 V_s - V_r이 음이 되고 수전단이 높아진다.

비교

페란티 현상과 전압 강하 현상은 역률과 전압 관계가 정반대다.

지배 요소는 페란티 현상에서 정전용량(충전전류), 전압 강하 현상에서 저항과 리액턴스(부하전류)다.

θ가 음이 되면 X sinθ 항이 음으로 작용해 수전단 전압이 오른다.

계산 예

선로 충전용량은 Q_c = ωCV²로 구한다. 전압의 제곱에 비례한다.

가상의 예로 길이 300 km, 정전용량 0.01 μF/km, 345 kV 선로를 생각한다.

총 정전용량은 3 μF이고 ω는 377 rad/s다. 대입하면 약 135 MVar가 나온다.

전압이 커지면 충전용량이 크게 늘어 무부하 선로의 수전단 전압 상승이 커진다.

헷갈리는 점과 대책

대책은 발생 원리에 맞춰 진상 전류를 줄이거나 흡수하는 방향으로 쓴다.

분로리액터는 선로 끝에 설치해 무효전력을 흡수하고 전압을 낮춘다.

콘덴서는 경부하에서 과보상을 일으키므로 부하 변동에 따라 자동제어한다.

지상 역률 부하에서는 이 현상이 생기지 않는다. 이 점에 주의한다.

정리

정리하면 페란티 현상은 진상 충전전류가 선로 인덕턴스에 전압을 더하는 현상이다.

분로리액터는 경부하 시 무효전력을 흡수해 수전단 전압 상승을 억제한다.

직접 풀어 보자.

정답은 흡수다. 분로리액터는 전압 상승을 억제하는 가장 일반적인 대책이다.