3. 무효전력의 작용 (1)발전기만 있는 경우

3. 무효전력의 작용 (1)발전기만 있는 경우

앞에서 무효전력은 꼭 필요한 전력이라는 것을 확인했다. 모터를 예로 들면 유효전력이 전달되어야 모터가 회전할 수 있다. 그런데 만약 무효전력이 없다면 모터에서 자기장이 만들어지지 않아 유효전력이 전달되지 않고 모터가 회전할 수 없게 된다. 그렇기 때문에 무효전력은 꼭 필요한 전력이다. 전력계통에서 무효전력이 어떤 작용을 하는지 확인해보자.

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1. 전력계통에서의 유효전력과 무효전력
2. 발전기만 존재하는 경우 (무효전력공급장치가 부하 측에 없는 경우)
3. 발전기 + 무효전력공급장치
4. C(콘덴서)가 무효전력공급장치 역할을 할 수 있는 이유

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1. 전력계통에서의 유효전력과 무효전력

발전기 모터 전력계통

위의 그림은 전력계통을 나타내었다. 발전기에서 유효전력(P)과 무효전력(Q)을 만들어서 부하(모터)까지 보내는 모습이다.
Z(Line)은 발전기에서 부하까지 도착하기 까지 걸리는 손실을 의미한다. 발전기와 부하 사이의 거리가 짧다면 거의 없지만 우리나라에서 일반적으로 발전소와 부하 사이의 거리가 수백km이므로 손실이 생기게 된다.
Vs는 발전기에서 보낸 쪽이니까 송전단의 전압이고, Vr은 부하쪽에서 받은 쪽이니까 수전단의 전압이다.

전동기 1차측 2차측 공극

발전기에서 보낸 유효전력(P)이 부하측의 전동기를 회전시키기 위해서는 무효전력(Q)도 같이 전달되어야 한다. 전동기의 1차측과 2차측 사이에는 비어있는 공간(공극)이 존재하는데 모터에서 요구하는 무효전력이 들어와야만 공극에서 자기장이 제대로 생성되고 1차측의 유효전력(P)이 2차측으로 넘어가서 회전자를 회전시킬 수 있다. 그러므로 모터에서 요구하는 무효전력분을 맞춰주는 건 필수적이다.


발전기에서는 유효전력(P)도 만들 수 있고 무효전력(Q)도 만들 수 있다. 발전기에서 무효전력을 만드는 부분은 '여자기'이다. 부하가 원하는 만큼 P, Q를 공급해줘야 하므로 실시간으로 발전기는 이 양을 조절해가며 만들어낸다.

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2. 발전기만 존재하는 경우 (무효전력공급장치가 부하측에 없는 경우)

모터(부하측)에 따로 무효전력공급장치가 달려있지 않아서 발전기에서 무효전력을 모두 공급해야 하는 경우를 생각해보자.

선로전류 = 유효분전류 + 무효분전류

발전기에서 만들어진 유효전력(P)과 무효전력(Q)을 모터까지 싣고 가는 건 '전류'이다. 전류가 P, Q를 싣고 가서 모터에 전달한다.
P,Q를 모두 싣고 가므로 전류는 '유효분전류'와 '무효분전류'로 나눠진다.

위의 유효분전류 Icosθ 에 전압(V)만 곱해주면 VIcosθ로 유효전력(P)이고,
무효분전류 Isinθ 에 전압(V)만 곱해주면 VIsinθ로 무효전력(Q)이다.
(발전기에서는 V(전압)를 항상 일정하게 유지하려고 노력한다. 이 V(전압)는 너무 떨어져도 문제가 생기고 너무 높아도 문제가 생긴다.)

전압강하 = 선로전류 x Z(line)

발전기를 통해서만 무효전력을 모두 공급해야 하므로 '유효분전류'와 '무효분전류'의 합으로 이루어진 전류의 값은 아주 크게 된다. 위의 그림에서 선로의 전압강하는 I(전류) x Z(Line) 으로 표현 가능한데 I(전류)의 값이 아주 크므로 선로에서 전압강하가 아주 커진다. 즉 전압손실이 크다는 말이다.
만약 발전기에서 200V를 만들어서 부하측에도 180 ~ 200V를 보내야 하는데 전류값이 커서 전압강하가 아주 커져 부하측에 140~160V가 전달된다면 부하(모터)가 제대로 동작하지 않을 수 있다. 그러면 발전기에서 더 높은 전압을 만들어서 보내줘야 하는데 이는 효율적이지 못하다.
(다시 말하지만 발전기와 부하 사이의 거리가 아주 가깝다면 Z(Line)값이 작아서 전압강하가 적지만 보통 수백km로 멀기 때문에 Z(Line)을 무시할 수 없다. )



그래서 필요한 게 부하측의 '무효전력공급장치'이다.

무효전력공급장치를 이용하면 선로전류가 작아짐

무효전력공급장치를 이용하면 선로전류의 무효분전류값(Isinθ)을 줄여서 선로전류값을 작게 만들 수 있다. 선로의 전압강하는 I(전류) x Z(Line) 이므로 전류값을 작게 하면 전압강하를 작게 할 수 있다.