개념 한 쪽
배전계통의 부하는 대부분 유도성이라 역률이 나빠진다. 역률이 나쁘면 같은 전력을 보내는 데 더 큰 전류가 흘러 손실이 커진다. 전력용 콘덴서를 설치하면 무효전력을 상쇄해 역률을 개선하고 선로전류와 손실을 줄인다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「전압조정기에 의한 전압조정 등」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 역률 개선 후 부하 계산 | 1 | 콘덴서 설치 뒤 변압기에 걸리는 피상전력을 구하기 |
| 콘덴서 설치 목적 판별 | 1 | 배전계통에서 콘덴서를 두는 주된 이유를 가리기 |
역률 개선의 출발점은 유용전력은 그대로 두고 무효전력만 줄인다는 점이다. 피상전력 S와 역률 cosθ가 주어지면 유효전력 P는 S에 cosθ를 곱해 구하고, 무효전력 Q는 S에 sinθ를 곱해 구한다. 콘덴서를 설치하면 그 용량만큼 무효전력이 깎이고, 새 피상전력은 유효전력과 줄어든 무효전력으로 다시 계산한다.
콘덴서 용량은 개선 전후의 무효전력 차로 구한다. 역률 100%까지 올리는 경우에는 개선 후 무효전력이 0이 되므로 개선 전 무효전력이 곧 콘덴서 용량이 된다. 역률 80%는 3대 4대 5 직각삼각형에 대응해 cosθ가 0.8이면 sinθ가 0.6이 된다.
전력용 콘덴서를 배전계통에 설치하는 주된 목적은 역률을 개선해 선로전류를 줄이는 것이다. 손실은 전류 제곱에 비례하므로 전류가 줄면 전력손실이 감소하고 전압강하도 개선된다. 보호기기나 피뢰기의 역할과 혼동하지 않는다.
콘덴서에는 직렬로 그 용량의 5%에 해당하는 유도 리액턴스를 넣는 경우가 있다. 콘덴서는 주파수가 높을수록 리액턴스가 작아져 고조파 전류가 몰리므로, 이 리액터를 넣어 제5고조파 유입을 차단하는 것이 주된 목적이다. 제3고조파 제거나 이상전압 방지는 주된 목적이 아니다.
역률 80%인 10000kVA 부하에 2000kVA 콘덴서를 설치하는 경우를 계산한다. 유효전력은 10000×0.8=8000kW, 무효전력은 10000×0.6=6000kvar이다. 콘덴서 2000kvar를 빼면 무효전력이 4000kvar가 되고, 새 부하는 √(8000²+4000²)로 약 8940이 된다.
역률 80%(지상)인 1000kVA 부하를 역률 100%로 개선하는 경우에는 콘덴서 용량이 1000×0.6=600kVA가 된다. 역률 100%에서는 무효전력이 0이므로 개선 전 무효전력 전부를 콘덴서가 상쇄하기 때문이다.
보호계전기의 필요한 특성으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 문제는 보호계전기가 갖추어야 할 특성들 가운데 옳지 않은 것을 찾는 것이다. 보호계전기는 고장 시 신속하고 정확하게 결선을 차단해야 하므로 신뢰성·고속동작·선택성·감도가 요구된다.
보호계전기는 고속·확실 동작이 요구되므로 '느린 동작'은 옳지 않은 특성이다.
역률 80% 10000kVA의 부하를 갖는 변전소에 2000KVA의 콘덴서를 설치해서 역률을 개선하면 변압기에 걸리는 부하는 얼마 정도인가?
정답 ③ · 문제는 콘덴서를 설치해 변압기에 걸리는 복합부하(겉보기전력)를 얼마로 줄일 수 있는지를 묻고 있다. 유효전력 P는 변하지 않으므로 P=10000×0.8=8000 kW이고 무효전력은 Q=P·tanφ로 계산하지 않아도 주어진 역률에서 Q=10000×0.6=6000 kvar로 볼 수 있다.
역률 개선 후 부하는 S'=√(P²+(Q−Qc)²)이며, 유용전력 P는 불변이다.
차동 계전기는 무엇에 의하여 동작하는가?
정답 ④ · 이 문제는 차동 계전기의 동작 원리를 묻고 있다. 차동 계전기는 보호 구간 양쪽에서 들어오고 나가는 전류를 비교하여 두 전류의 차가 발생하면 내부 고장으로 판단해 동작한다.
차동 계전기는 피보호 구간 양쪽 전류의 차(差)가 흐르면 내부 사고로 판단하여 동작한다.
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