개념 한 쪽
배전 계통에는 역률을 개선하고 전압을 알맞게 유지하는 설비가 붙는다. 전력용 콘덴서와 분로리액터, 직렬 콘덴서가 그 역할을 나눠 맡는다. 각 설비가 무엇을 보상하고 어떤 부작용을 막는지 구분하는 것이 핵심이다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「조상설비의 원리 및 종류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 콘덴서 설치 목적 판단 | 1 | 배전 계통에서 전력용 콘덴서를 두는 까닭을 가림 |
| 역률 개선 후 부하 용량 계산 | 1 | 콘덴서 접속 뒤 변압기에 걸리는 부하를 구함 |
| 역률 개선용 콘덴서 용량 산정 | 1 | 목표 역률까지 올리는 데 드는 콘덴서 용량을 계산함 |
조상설비는 계통의 무효전력을 조절해 역률과 전압을 다스리는 설비다. 전력용 콘덴서는 대표적인 조상설비로, 모터처럼 역률이 나쁜 부하가 많은 계통에서 불필요한 전류를 줄인다. 역률을 개선하면 같은 전력을 보내는 데 더 작은 전류가 들고, 전력 손실이 전류의 제곱에 비례하므로 손실이 크게 줄어든다.
콘덴서를 붙여도 유효전력은 그대로이고 무효전력만 줄어든다. 그래서 역률 개선 후의 부하 용량은 유효전력과 줄어든 무효전력으로 다시 피타고라스 정리를 적용해 구한다. 개선 목표 역률이 정해지면 콘덴서 용량은 유효전력에 개선 전후 각의 탄젠트 차이를 곱해 구한다.
콘덴서는 주파수가 높을수록 임피던스가 작아지는 성질이 있어 고조파 전류가 몰려들기 쉽다. 이를 막으려고 콘덴서와 직렬로 리액터를 넣어 제5고조파를 차단한다. 콘덴서에 남는 잔류전하는 감전 위험이 있어 방전코일로 방전시킨다.
송전 선로에 직렬로 넣는 직렬 콘덴서는 선로의 유도리액턴스를 상쇄한다. 그 결과 전압강하가 줄고 송전전력과 안정도가 늘어난다. 반대로 분로리액터는 선로가 만들어내는 진상무효전력을 흡수해 경부하 시 전압 상승을 억제한다.
콘덴서를 △결선하면 각 콘덴서에 선간전압이 그대로 걸리고, Y결선하면 선간전압을 √3으로 나눈 전압이 걸린다. 충전용량은 전압의 제곱에 비례하므로 같은 콘덴서로 △결선한 쪽이 Y결선한 쪽의 3배가 된다.
조상설비 문제는 설비별 역할을 뒤바꿔 놓는다. 분로리액터의 목적을 전압강하 방지로 적거나, 방전코일의 목적을 역률 개선으로 적으면 틀린다. 콘덴서를 붙였을 때 유효전력까지 줄어든다고 계산하면 부하 용량이 어긋난다. 직렬 콘덴서의 효과를 송전전력 감소로 뒤집는 선지도 함정이다. △결선과 Y결선의 충전용량 비를 1/3로 뒤집는 선택지도 자주 나온다.
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?
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?
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.
부하가 선간전압 3300V, 피상전력 330kVA, 역률 0.7인 3상 부하가 있다. 부하의 역률을 0.85로 개선하는 데 필요한 전력용콘덴서의 용량은 약 몇 [kVA]인가?
정답 ④ · 역률 개선에 필요한 콘덴서 용량은 전력(피상전력 × 역률)과 개선 후 역률을 이용해 계산합니다. 유효전력 P = 330kVA × 0.7 = 231kW입니다.
콘덴서 용량 Qc = P(tanφ₁ − tanφ₂), 유효전력 P는 개선 전후 불변이다.
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