병렬 콘덴서와 역률 개선 Part 2 (Shunt Capacitor & Power factor improvement)

지난 시간의 직렬콘덴서에 이어 병렬콘덴서에 대해 알아보는 시간을

갖도록 하겠습니다. 앞서 소개하길 병렬콘덴서는 역률을 조정하는 용도로 사용됩니다.

어떤 방식으로 역률을 조정하는지 알아보도록 하겠습니다.

본론에 들어가기 앞서 지난시간 배운 내용을 리마인드할 수 있도록 링크를 걸도록 하겠습니다.

https://retriever12.tistory.com/20

직렬콘덴서 & 병렬콘덴서 Part 1 ( Series Capacitor & Shunt Capacitor)

 

1.역률의 의미

역률은 교류회로에서 유효전력과 피상전력의 비를 나타내는 값으로, 회로에서 전류가 얼마나 유효하게 일을 하는가를 나타냅니다. 여기서 θ의값은 전류의 위상이 전압을 중심으로 얼마나 틀어졌는지를 나타내는 값입니다. 

(위상을 전압에 두기도 합니다. 그러므로 전압의 위상이 항상 0이라고 생각한다면 오류가 발생할 수 있습니다.)

 

그렇다면 왜 전압과 전류에 위상차이가 나는 것일까요?

 

그 이유는 바로 부하와 선로에 있습니다. 전열기나 백열전구와 같이 순수 저항만을 이용하는 부하는 1의 역률을 나타냅니다. 하지만 유도성부하를 사용할 경우 전류의 위상이 늦어지게 되어 전압과 전류의 위상차이가 발생하게 됩니다.

또한 선로를 지나는 교류전류가 선로에서 발생한 정전용량이나 유도성 리액턴스에 의해 위상이 변화하게 됩니다. 

 

2.역률개선의 원리와 병렬콘덴서

 

우리가 실생활에서 사용하는 부하는 대부분 유도성 부하를 사용합니다. 그렇다면 유도성부하에 의해 늦어진 전류분 만큼 전류의 위상을 돌려놓기 위해 병렬콘덴서를 접속하게 된다면 진상전류를 흘려 역률을 개선할 수 있습니다.

아래 그림을 통해 쉽게 이해할 수 있습니다.

 

유도성 부하에 병렬로 콘덴서를 설치하여 무효전력을 줄여 다음과 같이 역률을 개선시킬 수 있습니다.

그렇다면 역률을 맞추기 위한 콘덴서의 용량은 어떻게 설정할까요?

 

3.콘덴서의 용량계산

콘덴서의 용량 Qc를 구하기 위해서는 θ값을 알아야 합니다. 현재역률에서 θ를 구하여 θ1자리에

개선하고 싶은 역률의 θ값을 구하여 θ2자리에 넣으면 콘덴서의 용량인 Qc값을 알 수 있습니다.

 

위의 식을 통해 어떻게 콘덴서용량을 구할 수 있었을까요?

그 이유는 Qc값을 기준으로 벡터합을 구하는 과정을 통해 다음과 같은 식을 만들어 낼 수 있습니다.

 

4.콘덴서의 용량이 유도성 부하의 무효분보다 클 때

 

콘덴서의 용량이 유도성 부하보다 커지면 역률이 다시 줄어 들게됩니다. 최대값 1의 역률보다 과보상을 하게되면 추가된 용량성 리액턴스분 만큼 역률이 저하가 되겠지요?

역률이 저하됨에 따라 전력손실이 발생이 되고 부하단의 전압이 상승하게 됩니다. 이에 따라 민감한 계전기는 OVR을 Trip시키기도 합니다.