전기공사산업기사 정지형 보상기 등 — 조상설비와 역률 개선

조상설비는 무효전력을 조정해 역률을 개선하는 설비다. 동기조상기는 무효전력을 내주기도 하고 흡수하기도 하는 회전기이고, 진상 콘덴서는 무효전력을 공급해 역률을 개선하며, 분로리액터는 무효전력을 흡수하는 코일이다. 이 세 가지가 조상설비의 대표 구성원이다. 상순표시기는 전압의 위상이 돌아가는 순서를 확인하는 계기일 뿐이므로 조상설비에 해당하지 않는다.

동기조상기는 축에 기계 부하를 붙이지 않고 돌리는 동기전동기다. 여자 전류를 크게 하는 과여자 운전에서는 진상으로 무효전력을 내주고, 줄이는 저여자 운전에서는 지상으로 무효전력을 흡수한다. 진상 콘덴서는 공급만 가능하고 분로리액터는 흡수만 가능하므로, 진상과 지상 양방향 운전이 가능한 것은 동기조상기뿐이다. 과여자는 콘덴서 역할, 저여자는 리액터 역할로 연상하면 구분이 쉽다.

역률 개선 계산의 핵심 원칙은 콘덴서가 무효전력만 상쇄하고 유효전력은 변하지 않는다는 점이다. 부하가 받는 유효전력은 피상전력에 역률을 곱한 값이고, 필요한 콘덴서 용량은 유효전력에 개선 전후 무효전력 비의 차, 즉 tanθ의 차를 곱해 구한다. 공식으로 쓰면 Q = P(tanθ₁ − tanθ₂)이고, 여기서 P는 유효전력이다. 피상전력 S만 알려진 경우에는 P = S·cosθ₁를 대입해 Q = S·cosθ₁(tanθ₁ − tanθ₂)로 구한다.

플리커는 아크로 같은 큰 부하가 순간적으로 무효전력을 들었다 놓아 전압이 흔들리고 조명이 깜빡이는 현상이다. 대책의 핵심은 무효전력 변동분을 빨리 흡수하거나 공급해 주는 장치를 설치하는 것이다. 동기조상기와 리액터 방식, 사이리스터로 콘덴서를 개폐하는 방식, 사이리스터 리액터 방식이 대표적인 플리커 방지 대책이다. 부스터 방식은 부스터 변압기로 전압 자체를 조정하는 것이므로 무효전력 변동을 흡수하지 못해 플리커 대책이 아니다.

콘덴서에는 직렬리액터를 함께 넣는다. 콘덴서는 주파수가 높을수록 리액턴스가 작아지므로 고조파 전류가 콘덴서로 몰려 과열·파손의 원인이 된다. 콘덴서 용량의 약 5~6%(또는 13%)의 직렬리액터를 넣으면 회로가 제5고조파에 대해 유도성이 되어 유입과 공진을 막는다. 배전계통 고조파 장해의 주범은 제5고조파이므로 '직렬리액터 = 제5고조파 차단'으로 묶어 외운다.