조상설비라고 할 수 없는 것은?
- 동기조상기
- 진상 콘덴서
- 상순표시기
- 분로리액터
정답과 해설 보기
정답 ③ · 질문은 조상설비에 해당하지 않는 장비를 묻는다. 조상설비는 무효전력의 조정, 즉 역률 개선을 담당하는 장치들로 동기조상기·진상콘덴서·분로리액터 등이 해당한다.
조상설비는 역률(무효전력) 조정 설비인 동기조상기·진상콘덴서·분로리액터이며, 상순표시기는 계기일 뿐이다.
개념 한 쪽
전기공사산업기사 전력조류제어 — 조상설비와 역률 개선 콘덴서 용량
전력계통에서는 역률(무효전력)을 조정해 손실을 줄이고 설비를 효율적으로 쓴다. 이 역할을 맡는 것이 조상설비이고, 역률을 얼마나 개선하려면 콘덴서가 얼마나 필요한지 계산으로 묻는다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「전력조류제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 조상설비 해당 여부 판별 | 1 | 조상설비 목록에서 계기인 것을 가려내는지 |
| 콘덴서 용량 계산 | 1 | 유효전력과 tanθ 차로 필요 용량 식을 고르는지 |
| 양용 조상설비 구분 | 1 | 진상·지상 양방향 운전이 가능한 기기를 가림 |
뜻
조상설비는 전력계통의 역률, 즉 무효전력을 조정하기 위해 설치하는 설비다. 대표적인 세 가지는 동기조상기·진상콘덴서·분로리액터다. 동기조상기는 축에 기계 부하를 붙이지 않고 돌리는 동기전동기로, 무효전력을 내주기도 하고 흡수하기도 한다. 진상콘덴서는 무효전력을 공급해 역률을 개선하고, 분로리액터는 무효전력을 흡수하는 코일이다.
동기조상기의 가장 큰 장점은 방향 전환이 가능하다는 점이다. 여자(계자) 전류를 크게 하는 과여자 운전에서는 진상으로 무효전력을 내주고, 줄이는 저여자 운전에서는 지상으로 무효전력을 흡수한다. 진상·지상 양용으로 쓸 수 있는 것은 조상설비 가운데 동기조상기뿐이다. 진상콘덴서는 공급 전용, 분로리액터는 흡수 전용이므로 양쪽을 못 한다. 한편 상순표시기는 전압 위상의 순서를 확인하는 계기일 뿐이므로 조상설비에 속하지 않는다.
콘덴서를 설치하는 목적은 역률 개선이다. 역률이 나쁜 부하가 많으면 같은 전력을 보내는 데 큰 전류가 필요한데, 콘덴서로 역률을 개선하면 더 작은 전류로 같은 전력을 보낼 수 있다. 전력 손실은 전류의 제곱에 비례(I²R)하므로 전류가 줄면 손실이 크게 줄어든다. 즉 콘덴서는 역률 개선, 전력 손실 감소, 전압강하 감소의 삼단 효과를 낸다.
역률 개선에 필요한 콘덴서 용량은 유효전력에 탄젠트 차를 곱해 구한다. 유효전력은 콘덴서를 넣어도 변하지 않고 무효전력만 줄어든다는 점이 원리의 핵심이다. 필요한 콘덴서 용량은 개선 전 무효전력에서 개선 후 무효전력을 뺀 값과 같다.
예제
정격용량이 P[kVA]인 변압기가 늦은 역률 cosθ₁ 상태에서 전체 출력을 부하에 보내면서 피상전력을 P[kVA]로 유지한다고 하자. 여기서 합성역률을 cosθ₂로 끌어올려 전 용량을 다 활용하는 상황을 가정한다. 부하의 유효전력은 피상전력에 역률을 곱한 P·cosθ₁이다. 콘덴서는 무효전력만 차감하므로 소요 용량은 Q = P·cosθ₁ × (tanθ₁ − tanθ₂)가 된다. 유효전력에 개선 전후 tanθ의 차를 곱하는 2단 구조다. 이때 피상전력 P를 그대로 곱하거나 tan 대신 cos의 차를 쓰면 틀린 식이 된다.
구체적 수치 예로, 선간전압 3300V·피상전력 330kVA·역률 0.7인 3상 부하에서 콘덴서로 역률을 0.85까지 끌어올리는 경우를 보자. 유효전력 P = 330 × 0.7 = 231kW이고, tanφ₁ = √(1−0.7²)/0.7 ≈ 1.020, tanφ₂ = √(1−0.85²)/0.85 ≈ 0.620이므로 콘덴서 용량 Qc = 231 × (1.020 − 0.620) ≈ 93kVA가 나온다. 유효전력이 고정이고 무효전력의 차만 구하면 된다는 구조가 유형 전체를 관통한다.
대표 기출 3문항
정격용량 P[kVA]의 변압기에서 늦은 역률 cosθ1의 부하에 P[kVA]를 공급하고 있다. 합성역률을 cosθ2로 개선하 여 이 변압기의 전 용량까지 전력을 공급하려고 한다. 소요 콘덴서의 용량은 몇 kVA 인가?
- Pcosθ1(tanθ1-tanθ2)
- Pcosθ2(cosθ1-cosθ2)
- P(tanθ1-tanθ2)
- P(cosθ1-cosθ2)
정답과 해설 보기
정답 ① · 문항은 기존의 피상전력 P[kVA]에서 역률을 cosθ1에서 cosθ2로 개선하여 사용할 때 필요한 콘덴서 용량을 묻는다. 콘덴서의 무효용량 Qc는 유효전력(=P·cosθ1)에 (tanθ1−tanθ2)를 곱한 값이므로 Qc = P·cosθ1·(tanθ1−tanθ2)가 된다.
콘덴서 용량 Q = 유효전력 × (tanθ₁ − tanθ₂) = Pcosθ₁(tanθ₁ − tanθ₂)로 구한다.
전력용 조상설비 중 무효전력 흡수를 진상과 지상 양용으로 할 수 있는 것은?
- 동기조상기
- 분로리액터
- 전력용콘덴서
- 직렬리액터
정답과 해설 보기
정답 ① · 문항은 무효전력을 필요에 따라 공급(진상)하거나 흡수(지상)할 수 있는 조상설비를 묻는다. 동기조상기는 여자전류 조절로 과여자 시 진상, 저여자 시 지상 운전이 가능하여 무효전력의 양방향 제어가 가능한 유일한 조상설비이다.
동기조상기는 여자 전류 조절로 진상(무효전력 공급)·지상(흡수) 양방향 운전이 가능한 유일한 조상설비이다.
자주 묻는 물음
- 조상설비에는 어떤 것들이 있나요?
- 동기조상기·진상콘덴서·분로리액터의 세 가지다. 동기조상기는 무효전력을 공급·흡수 양쪽으로 조정하고, 진상콘덴서는 공급 전용, 분로리액터는 흡수 전용이다. 상순표시기는 위상 순서 확인용 계기이므로 조상설비가 아니다.
- 진상과 지상 양용으로 쓸 수 있는 조상설비는 무엇인가요?
- 동기조상기다. 과여자로 운전하면 진상으로 무효전력을 내주고, 저여자로 운전하면 지상으로 무효전력을 흡수한다. 양방향 조정이 가능한 유일한 조상설비라는 점이 핵심이다.
- 역률 개선용 콘덴서 용량은 어떻게 계산하나요?
- 유효전력(kW)에 개선 전후 tanθ의 차를 곱한다. 유효전력은 개선 전후 변하지 않고 무효전력만 줄어들므로, Q = P(tanφ₁ − tanφ₂) 식 하나로 풀린다. 보기에 cos의 차가 보이면 함정이다.
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