2020. 9. 3. 00:41ㆍ전기공부/전력
5. 무효전력의 작용 (3)'페이저도'로 확인
한전에서 모든 무효전력을 만들어서 부하에게 공급하는 건 부담이 있다. 만약 고객이 부하 앞단에 콘덴서를 연결하면 무효전력 부담을 분담할 수 있고 고객이 어느 수치 이상의 무효전력을 부담하면 전기요금 할인을 받을 수 있다. 이 전력용 콘덴서의 효과를 '페이저도'를 통해서 자세히 확인해보자.
1. 발전기만 존재하는 경우를 '페이저도'로 확인
2. 전력용 콘덴서의 효과를 '페이저도'로 확인
3. 전력용 콘덴서가 너무 많이 연결된 경우 '페이저도' 확인 (리액터 필요)
1. 발전기만 존재하는 경우를 '페이저도'로 확인
먼저 발전기에서 부하까지의 선로를 그려보자. (선로임피던스(Z) = R + jX 인데 선로에서는 R에 비해 jX값이 훨씬 크므로 R 없이 해석한다.)
Vs는 발전기 쪽 송전단전압, Vr은 부하 측 수전단전압, I는 선로전류이다.
선로에서 전압강하(전압손실) = I(선로전류) x jX 이므로
전압강하 = jIX이다.
발전기에서 보낸 전압 Vs = 선로에서 전압강하 jIX + 수전단전압 Vr 이므로
Vs = jIX + Vr 로 전압방정식을 나타낼 수 있다.
먼저 이 전압방정식을 페이저도로 표현해보자.
1) Vr(송전단전압)을 기준으로 두고 I(전류)를 그린다. 전류는 '유효분전류' + '무효분전류' 이므로 대각선 아래 화살표로 표현가능하다.
2) jIX를 그린다. X는 상수이고 j는 페이저도에서 90도 앞서게 하는 연산자이다. 그러므로 전류보다 90도 앞서게 그린다.
3) Vs = jIX + Vr를 나타낸다. jIX 와 Vr 두 화살표의 합이므로 다음과 같이 표현할 수 있다.
발전기만 있을때의 송전단전압 Vs, 수전단전압 Vr, 전압강하 jIX의 페이저도 모습이다.
만약 콘덴서를 부하측에 연결하게 되면 수전단전압 Vr이 어떻게 바뀌는지 아래에서 확인해보자.
2. 전력용 콘덴서의 효과를 '페이저도'로 확인
아래와 같이 병렬로 콘덴서를 연결하고 '페이저도'의 변화를 확인해보자.
C(콘덴서)를 설치하게 되면 진상전류가 콘덴서로 흐른다. (= 부하측으로 지상전류가 공급된다.) 그러면 Ic만큼의 지상전류가 부하에 공급된다.
1)콘덴서에서 지상전류를 부하에 공급해주기 때문에 선로전류는 그외의 나머지 전류만 공급해주면 된다. 나머지 선로전류를 I'로 표현하고 이는 아래와 같다.
2) 그러면 전압강하는 jI'X로 바뀐다.
jI'X를 그려보면 X는 상수고 j는 90도 앞서게 하는 연산자이므로 아래와 같다.
3) Vs = Vr +jI'X를 표현하면 아래와 같다.
발전기만 있을 때와 비교하여 전압강하가 작아져서 수전단전압(Vr)이 커진걸 확인할 수 있다.
3. 전력용 콘덴서가 너무 많이 연결된 경우 '페이저도' 확인 (리액터 필요)
역률이 '1'이 될때까지 부하측에 콘덴서 수를 늘려가면 전압강하가 점점 줄어들고 수전단전압(Vr)이 상승하여 좋다.
그러나 역률이 '1'을 넘어가면 전압(Vr)이 엄청나게 상승되어 과전압이 된다. 과전압은 절대 좋지 않은 전압이다.
이때는 다시 전압을 낮추기 위해 남아도는 무효전력을 소비시켜줄 L(리액터)를 달아줘야 한다.
또한, 전압만 커지는게 아니라 선로전류가 커져서 전압강하가 커진다. 과전압이 되는 건 위상때문에 전압이 올라가는 것이다.
콘덴서를 과하게 달았을 경우에도 문제지만 과하게 달지 않아도 새벽같은 시간에 부하들이 정지하면 과도상과 같은 상태로 남게 된다. 패란티 과전압에 대한 우려가 생기는 시점이다. 이 때 역시 리액터를 이용하여 자기장을 만들면서 대신 무효전력을 소비하여 전압을 떨어트려야 한다. 리액터 역시 콘덴서와 같이 선로에 병렬로 연결된다.
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