커패시터 역률개선

역률개선의 정의

커패시터 역률개선은 진상용 콘덴서로 부하의 지상 무효전력을 상쇄하는 방법이다.

역률은 유효전력 P를 피상전력 S로 나눈 값이다.

역률이 1에 가까울수록 같은 전력을 공급하는 데 전류가 작아진다.

무효전력과 병렬 보상의 원리

유도성 부하는 자기장을 만들려고 지상 무효전력을 소비한다.

이 무효전력을 전원에서 모두 공급하면 선로 전류가 커진다.

병렬 콘덴서를 부하 가까이 두면 무효전류가 국부적으로 공급된다.

그 결과 손실과 전압강하가 함께 줄고 설비 여유가 생긴다.

용량 계산 예제

유효전력 100kW 부하의 역률을 0.8에서 0.95로 개선하는 경우다.

필요한 콘덴서 용량은 유효전력에 탄젠트 차를 곱해 구한다.

역률 0.8은 탄젠트 0.75이고, 역률 0.95는 탄젠트 0.329다.

대입하면 약 42.1kvar가 나오므로 100kW 부하에는 약 40kvar 규모 콘덴서가 필요하다.

직렬과 병렬의 차이

헷갈리기 쉬운 점은 직렬 콘덴서와 병렬 콘덴서의 차이다.

병렬 콘덴서는 무효전류만 공급해 전류를 늘리지 않고 역률을 개선한다.

직렬로 연결하면 전류가 늘어 손실과 전압강하가 악화되므로 쓸 수 없다.

경부하에서 콘덴서가 과보상되면 진상 역률이 되어 전압이 올라간다.

직렬 콘덴서의 함정

예시로 저항 4Ω과 유도성 리액턴스 3Ω이 직렬인 100V 회로를 본다.

먼저 설치 전 전류는 20A이고 역률은 0.8 지상이다.

여기에 용량성 리액턴스 3Ω을 직렬로 넣으면 리액턴스가 0이 된다.

그러나 전류는 25A로 늘어 손실과 전압강하가 악화되므로 역률개선 수단이 아니다.

핵심 정리

역률개선의 핵심은 무효전력 감소다. 병렬 콘덴서가 지상 무효전력을 공급한다.

효과는 손실과 전압강하 감소, 그리고 설비 여유 증가다.

직렬 연결은 쓸 수 없고, 과보상은 진상 역률과 전압 상승을 부른다.