전력계통 콘덴서에 대하여

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자전거로 보는 전력계통 이해

 

무효전력에 대하여 http://blog.daum.net/pe_lee/260

 

개요

피상전력, 무효전력, 유효전력 모두 교류가 흐르는 회로에서 쓰는 말입니다.
R, L, C만 고려하여 전류, 전압 모두 사인파 모양인 경우에 대해서만 생각하겠습니다. (사인파 형태가 아니라면 말이 달라지는 부분이 좀 있는데, 이에 대해서는 추후 대학교나 대학원에서 공부하시길 바랍니다.)

리액턴스(L이나 C) 성분을 가지고 있는 회로에 교류전압을 가하면 역시 교류전류가 흐르는데, 이 전류와 전압의 위상이 일치하지 않습니다.

예를 들어, 커패시터 C에 교류전압이 가해지는 경우 전류의 위상은 전압의 위상보다 90도 앞선다는 것은 아마 알고 계실 겁니다. 이것이 전류가 전압보다 더 빨리 나온다는 뜻으로 혼동하는 분이 참 많은데, 그런 뜻이 아니고 270도 뒤쳐진다는 것과 같은 뜻입니다. 한편, 인덕터 L에 교류전압을 가하면 전압의 위상이 전류보다 90도 앞섭니다.

이 두 경우에 대해 소비전력을 계산하기 위해 전류와 전압을 곱하면 평균 0의 교류전력이 계산됩니다. 즉, 교류의 한 주기 동안 L이나 C에 전력이 들락날락 하면서 소비되는 것이 전혀 없다는 것이지요. 다시 말하면, 교류의 한 주기 시간동안, 절반은 C나 L이 에너지를 잡아먹으면서 충전이 되고, 나머지 절반은 저장된 에너지를 다시 전원쪽으로 뱉어 내면서 전력을 돌려준다는 것입니다. (어떤 부품에 전류가 흐를 때 전류가 들어가는 쪽이 +가 되면 전력을 소비하는 것이고, 반대로 -가 되면 전력을 공급하는 것입니다.)



1. 피상전력(단위: [VA])
교류회로에서 전압의 실효값과 전류의 실효값의 곱을 말합니다.
즉 수치상으로 220V의 전압과 10A의 전류를 공급할때 2200W의 일을 할 수 있다고 할때 그 2200W의 능력이 피상전력입니다.
공식은 W(전력)=V(전압)*I(전류) 입니다.
즉 전기상에서 아무런 감소나 방해 없이 공급한만큼 100%의 일을 할수 있는 완벽한것이 피상전력입니다.
자연상에서는 불가능한 수치상의 값입니다.

2. 유효전력(단위: [W])
교류회로에서 부하에 유용하게 사용되는 전력입니다.
교류회로에서는 선로의 전기저항과 부하(저항)의 C(콘덴서), L(코일)의 성분으로 각각 교류의 위상각이 차이가 발생하게 됩니다.
이것을 역율이라고하며 COS세타 라고 합니다.
즉 실제로 일하는것은 피상전력값에 COS세타의 값을 곱한것이 유효전력이됩니다.
공식은 W=V*I*COS세타
220V의 전압과 10A의 전류를 공급하였을경우 2200W의 일을 하여야하나 실제로는 2200W의 값에 COS세타의 값을 곱한만큼 밖에는 일을 하지못합니다.
그것이 바로 유효전력입니다.

3. 무효전력(단위: [Var])
교류회로에서 실제로는 아무일도하지않아 부하에서는 전력으로 이용할 수없은 전력을 말합니다.
즉 유효전력에서 말한 COS세타의 차이 만큼 공급은 되나 부하어서는 사용되지 않은 전력이 있습니다.
그것을 무효전력이라고 하며 SIN세타라고 합니다.
공식은 W=V*I*SIN세타

4. 역률
교류회로에서는 각각의 상마다 위상각을 가지고 있습니다.
그러나 그것이 부하에서 소비가 될때 부하의 종류마다 위상각의 차이가 발생하게 됩니다.
그 위상각의 차이를 역률이라고하며 COS세타라고 합니다.
수치상으로 L(코일)과 C(콘덴서)성분이 없는 순수한 저항부하에는 피상전력만큼을 일을 할수 있습니다.
그러나 이세상에 그러한 부하는 없습니다.
그러므로 역률이 정수1이라는것은 없습니다.
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 교류 전기에서 무효전력은 여러가지 기능을 갖고 있습니다.

전로에서 충전전력을 공급하기도 하고 변압기의 기자력등을 공급하기도 합니다.

피상전력은 무효전력과 유효전력으로 구성이 되는데, 무효전력과 유효전력은 위상각이 90도가 된답니다.
전동기가 회전하기 위해서는 회전자계가 구성돠어야 하는데 이 회전자계를 구성하는 데 필요한 전력이 무효전력이라고 생각하시면 되지요.
전력공급측면에서 보면 무효전력이 없으면 같은 피상전력중에 유효전력분이 늘어나게 되어서 전력공급이 많아 지게 되지요.

같은 전선에서 전력을 공급하는데 있어서 전선의 전력 수송능력은 피상전력과 관계가 있지요.
전선에는 온도상승을 고려하여 허용전류를 정하는데, 이 허용전류를 넘게 되면 전선이 과열되어 절연피복이 소손되게 되지요.
또한 이 전류로 인하여 전선에서의 전압강하와 전력손실이 발생이 됩니다.

따라서 유효한 전력을 많은 량 공급하기 위해서는 무효전력이 적어야 하겠지요.
그러므로서 한전에서는 변압기 용량에 따른 기본적인 콘덴서를 부착하도록 요구하지요.
역률을 높게 하므로서 전력손실을 줄여서 각종 시설들의 증가없이 동일한 기존 설비로서 많은 전력을 공습할 수 있으니까요.
수용가측의 유효전력과 무효전력에 따른 역률값에 대한 전력요금을 보상을 하여주지요.

또한 한전자체에서도 전체의 무효전력량을 줄이기 위하여 중간중간에 조상기를 설치하여 역률을 보상하고 있답니다.

발전기나 전동기의 코일에 흐르는 전류는 피상전류로서 열의 발생과 전압의 강하를 발생시키지요.
무효전류와 유효전류의 벡터합성치인 무효전류가 발전기나 전동기의 허용전류이상이 되면 코일이 과열 소손되게된답니다.
따라서 발전기에서는 무효전류가 허용치 이상 흐르지 않도록 제어를 하지요. 이에 따라 무효전류가 크면 발전기의 유효전류 발생량이 적게 된답니다.

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역률의 의미,역률개선효과,제어방법

1.역률이란?
;피상전력에 대한 유효전력의 비율을 역률이라 한다.
이는 전기기기에 실제로 걸리는 전압과 전류가 얼마나 유효하게 일을 하는가 하는 비율을 의미한다.

2.전력이란 ; 전압과 전류의 곱임(W = V x I)

1)유효전력
; 교류에서 회로중 코일이나 콘덴서 성분에 의해 전압과 전류사이에 위상차가 발생하므로 실제
로 유효하게 일을 하는 전력(유효전력)은 전압 x 전류(=피상전력)가 아니고 전압과 동일방향
성분 만큼의 전류(=전류 x COS(theta)) 만이 유효하게 일을하게 된다.
따라서 유효전력 = 전압 x (전류x COS(theta)) 이며, COS(theta) 을 역률이라 한다.

2)무효전력
; 전압과 90도 방향 성분 만큼의 전류(전류 x SIN(theta))와 전압의 곱으로서 기기에서 실제로
아무 일도 하지않으면서(전력소비는 없음) 기기의 용량 일부만을 점유하고 있는데 SIN(theta)
를 무효율이라 한다.

3.역률의 크기와 의미

1)역률이 큰 경우 ; 역률이 크다는 것은 유효전력이 피상전력에 근접하는 것으로서
(1)부하측(수용가측)에서 보면 : 같은 용량의 전기기기를 최대한 유효하게 이용하는 것을 의미하
며
(2)전원측(공급자측)에서 보면 : 같은 부하에 대하여 적은 전류를 흘려 보내도 되므로 전압강하
가 적어지고 전원설비의 이용효과가 커지는 이점이 있다.

2)역률이 작은 경우 ; 위와의 반대되는 불이익이 있다.

4.역률저하의 원인

1)유도전동기 부하의 영향 ; 유도전동기는 특히 경부하일 때 역률이 낮다.
2)가정용 전기기기(단상유도전동기)와 방전등(기동장치에 코일을 사용하기 때문)의 보급에 의한
역률저하
3)주상 변압기의 여자전류의 영향

5.역률개선 효과

1)전력회사 측면
- 전력계통 안정
- 전력손실 감소
- 설비용량의 효율적운용
- 투자비 경감

2)수용가 측면
(1)역률개선에 의한 설비용량의 여유증가
; 역률이 개선됨으로써 부하전류가 감소하게 되어 같은 설비로도 설비용량에 여유가 생기게
된다. 즉, 설비용량을 더 늘리지 않고도 부하의 증설이 가능해 진다.

(2)역률개선에 의한 전압강하 경감
; 역률을 개선하면 선로전류가 줄어들게 되므로 선로에서의 전압강하는 경감된다.

(3)역률개선에 의한 변압기 및 배전선의 전력손실 경감.
; 배전선 및 변압기에 전류가 흐르면 PL = 3*I2 *R 의 손실이 발생한다.
역률개선에 의해 무효전력이 감소 하므로 이 전력손실이 경감된다.

(4)역률개선에 의한 전기요금 경감
- 전력 수용가의 부하역률을 개선하면 그 만큼 전력회사는 설비 합리화가 이루어 지기 때
문에 수용가의 역률개선을 촉진한다는 목적으로 기본요금에 역률할증제도를 실시하고 있
다.
- 우리나라의 전기요금제도는 역률이 90%에 미달한 역률 만큼 전기요금을 추가하는 역률
할증제도를 적용하고 있다.
- 역률을 개선 함으로서 전기요금이 그 만큼 절약된다.

6.역률제어 방법

1)무효전력에 의한 제어
(1)콘덴서는 부하에 무효전력을 공급하기 위해 설치되는 것이므로 무효전력에 의해 콘덴서를 투
입,개방 하는 것이 합리적이다.
(2)무효전력검출을 위해 무효전력계전기를 사용해서 정정치 보다 커졌을 때 투입하고 작아 졌을
때 개방한다.
(3)이 방식은 역률개선용으로 콘덴서를 설치하는 경우에 가장 적합한 방식 이며, 콘덴서의 군
용량을 부하의 성질에 따라 변경하는 방식으로 무효전력계전기를 2조 또는 수조 사용하여
군 제어를 하는 경우도 있다.

2)전압에 의한 제어
(1)이 방식은 모선전압이 정정치 보다 내려 갔을때에 콘덴서를 투입하고 정정치 이상이 되면 차
단 하는 방법임.
(2)1차 변전소 처럼 그 목적이 모선전압 조정에 있는 경우에 사용하며 역률개선용으로는 사용되
지 않는다.

3)역률에 의한 제어
(1)무효전력과 마찬 가지로 역률계전기를 사용해서 제어하는 방법임.
(2)조정폭이 부하의 감소와 더불어 작아지고 그 폭이 1군의 용량보다 작아지는 곳에서는 헌팅을
일으키게 된다. 때문에 회로전력이 기준이하가 되면 자동제어 기능을 정지시켜 헌팅을 방지
하도록 하고 있다.

4)전류에 의한 제어
(1)부하상태에 따라 역률이 일정한 경우에 쓰이는 것으로 전류계전기로 검출하여 제어한다.
(2)이 방식은 미리 무효전력과 부하전력의 관계를 조사하여 정정할 필요가 있다.

5)시간에 의한 제어
(1)상점,백화점 처럼 조업시에는 일정한 부하가 되고 종업시에는 무부하가 되는 경우에 사용한
다.
(2)타임 스위치에 의해 제어 되지만 컴퓨터에 의한 년간제어도 실시되고 있다.

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전력계통 내에서의 무효전력 제어에 관한 의문사항을 생각해 보자

첫째, 무효전력은 전력계통 가운데 어떤 움직임을 하고 있는가? 무효전력의 발생량과 소비량에 언밸런스가 생길 경우 어떤 문제가 생기는가?
둘째, 송전선로의 전압강하값을 제로로 하기 위해서는 수전단의 부하역률을 약간 증가시키는데 그 이유는 무엇인가?
샛째, 현상적인 전압, 무효전력 제어의 해설에 나오는 「V, Q 평면도」에 대한 실례를 들어서 알아 보자

무효전력은 비타민 전력이다
우리들이 매일 섭취하는 영양소로는 탄수화물, 단백질, 지방 그룹과 비타민이나 미네랄 그룹이 있다. 이중에서 전자에 속하는 그룹은 몸을 움직이는 에너지원이 된다. 한편, 후자 그룹은 몸을 움직이는 에너지원은 아니지만, 몸을 정상적인 상태로 유지하기 위해서 필요 불가결한 영양소이다.
교류의 피상전력은 벡터량이기 때문에 복소수로 표현하며, 전압과 동위상 성분을 유효전력, 위상이 90도 다른 성분을 무효전력이라고 한다. 이 가운데 유효전력은 전동기에 회전력을 주거나 명기구에서 광속을 방사하며, 영양소 가운데 탄수화물 등과 같은 에너지원으로서 움직인다.
한편 무효전력은 전동기에 회전력을 주거나 조명기구에서 광속을 방사하는 등의 에너지원은 아니지만, 적정한 전압값을 유지하기 위해 필요 불가결한 전력이다. 즉, 비타민이나 미네랄과 같이 필요 불가결한 것으로서 무효전력은 비타민 전력과 마찬가지이다.
우리들은 보통 부족한 것은 좋지 않다고 알고 있다. 한편, 속담 중에는 「더한 것이 덜하느니만 못하다」`라는 것이 있다. 즉 「과하지도 않고 부족하지도 않은 상태」`가 가장 좋은 상태이고 이것은 전력계통에 있어서도 동일하다. 즉, 유효전력의 소비(수요)에 대한 발생(공급)이 부족하면 계통
주파수가 저하되어 버린다. 반대로 발생이 과잉되면 계통주파수는 상승한다. 그리고 전력계통 내의 전기사업용의발전기는 풍력발전 등에 이용하는 수백[kW] 정도의 소용량기로 제거한다. 다른 모든 것은 동기발전기이기 때문에 연계하는 전력계통 내의 모든 발전기가 「동기화력에 의해 서로 강하고 견고하게 연결되어 동기하면서 회전하고 있기」때문에 서로 같은 주파수로 운전하고 있다. 즉 츄부 전력이 60.01Hz로 운전할 때는 큐슈전력도 같은 60.01Hz로 운전하고 있는 것이다.
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전력이란

1. 피상전력 : 전압과 전류의 곱임(W = V x I x 루트3 ) 단위 : VA, KVA

2. 유효전력
교류에서 회로중 코일이나 콘덴서 성분에 의해 전압과 전류사이에 위상차가 발생하므로 실제로 유효하게 일을 하는 전력(유효전력)은 전압 x 전류(=피상전력) x 루트3 가 아니고 전압과 동일방향 성분 만큼의 전류(=전류 x 루트3 x COS(theta)) 만이 유효하게 일을하게 된다.
따라서 유효전력 = 전압 x (전류x 루트3 x COS(theta)) 단위 : W, KW 이며, COS(theta) 을 역률이라 한다.

3. 무효전력
전압과 90도 방향 성분 만큼의 전류(전류 x 루트3 x SIN(theta))와 전압의 곱으로서 단위 : KVAR 기기에서 실제로
아무 일도 하지않으면서(전력소비는 없음) 기기의 용량 일부만을 점유하고 있는데 SIN(theta)를 무효율이라 한다.

1) 3상 유효전력 [KW] = (루트3* 380)전압*전류* COSΘ ,
2) 3상 피상전력 [KVA] = (루트3*380)전압*전류
3) 3상 무효전력 [KVAR] = (루트3* 380)전압*전류*SINΘ

일단 전력으로 말하겠습니다
전력은 피상전력(kvA) = 전체루트 유효전력 제곱 + 무효전력제곱입니다
또는 전압 * 전류 이고요 * 3상이면 루트3입니다
그리고 유효전력은(kw) = 피상전력 * cos@ 무효전력은 (kvAR) = 피상전력 * SIN@ 입니다
한전에서는 피상전력을 보내줍니다 그런데 변압기코일이라들지 각종부하설비의 저항값으로인하여 전력을 100프로 보내주면은 실지로는 90프로밖에 못사용하는것입니다 그래서 10프로를 버려지는 전력이라고 합니다 그러므 로 그10프로를 무효전력 90프로를 유효전력 그합친것을 피상전력이라고 합니다
그래서 실무에서는 그10프로값을 보상하기위하여 변압기에 콘덴사를 설치하여 보상하여 버려진는 전력을 보충합니다 그리고 여기서 전류는 전력을 전압을로 나누어주면은 전류가 나옵니다 그것을 뮤효 ,유효 전류라고 합니다.


- 진상 : 한전의 발전기에서 전기를 보내주는데 전기가 이동하기위해서는 전압과 전류가 있어야 됩니다 그런데 전압과 전류가 똑같이 가야되는데 전압보다 전류가 앞서서 가게됩니다 이것은 역률이 100프로를 넘게되면은 전압보다 전류가 앞서게되어 결과적으로 무효분의 손실을 가져오게되고 수전시설 전압상승의 원인과 또 수전단전압이 송전단전압보다 높아지는 페란티현상의 원인이 됩니다

- 지상 : 위에서 말한것과 반데로 전류보다 전압이 앞서게 되는 현상을 말합니다 이것도 무효분의 손실을 가져옵니다 즉 역률이 100프로보다 낮게됩니다

즉 진상과 지상이 없는 역률이 1이되는것이 가장좋으나 부하설비의 종류에 따라 다르지만 대부분 지상을 많이 가리킴니다 그래서 한전에서는 역률을 95프로 이상 100프로를 맞추는 경우 전기요금을 까아주는것입니다.

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전력이란

1. 피상전력 : 전압과 전류의 곱임(W = V x I x 루트3 ) 단위 : VA, KVA

2. 유효전력
교류에서 회로중 코일이나 콘덴서 성분에 의해 전압과 전류사이에 위상차가 발생하므로 실제로 유효하게 일을 하는 전력(유효전력)은 전압 x 전류(=피상전력) x 루트3 가 아니고 전압과 동일방향 성분 만큼의 전류(=전류 x 루트3 x COS(theta)) 만이 유효하게 일을하게 된다.
따라서 유효전력 = 전압 x (전류x 루트3 x COS(theta)) 단위 : W, KW 이며, COS(theta) 을 역률이라 한다.

3. 무효전력
전압과 90도 방향 성분 만큼의 전류(전류 x 루트3 x SIN(theta))와 전압의 곱으로서 단위 : KVAR 기기에서 실제로
아무 일도 하지않으면서(전력소비는 없음) 기기의 용량 일부만을 점유하고 있는데 SIN(theta)를 무효율이라 한다.

1) 3상 유효전력 [KW] = (루트3* 380)전압*전류* COSΘ ,
2) 3상 피상전력 [KVA] = (루트3*380)전압*전류
3) 3상 무효전력 [KVAR] = (루트3* 380)전압*전류*SINΘ

일단 전력으로 말하겠습니다
전력은 피상전력(kvA) = 전체루트 유효전력 제곱 + 무효전력제곱입니다
또는 전압 * 전류 이고요 * 3상이면 루트3입니다
그리고 유효전력은(kw) = 피상전력 * cos@ 무효전력은 (kvAR) = 피상전력 * SIN@ 입니다
한전에서는 피상전력을 보내줍니다 그런데 변압기코일이라들지 각종부하설비의 저항값으로인하여 전력을 100프로 보내주면은 실지로는 90프로밖에 못사용하는것입니다 그래서 10프로를 버려지는 전력이라고 합니다 그러므 로 그10프로를 무효전력 90프로를 유효전력 그합친것을 피상전력이라고 합니다
그래서 실무에서는 그10프로값을 보상하기위하여 변압기에 콘덴사를 설치하여 보상하여 버려진는 전력을 보충합니다 그리고 여기서 전류는 전력을 전압을로 나누어주면은 전류가 나옵니다 그것을 뮤효 ,유효 전류라고 합니다.


- 진상 : 한전의 발전기에서 전기를 보내주는데 전기가 이동하기위해서는 전압과 전류가 있어야 됩니다 그런데 전압과 전류가 똑같이 가야되는데 전압보다 전류가 앞서서 가게됩니다 이것은 역률이 100프로를 넘게되면은 전압보다 전류가 앞서게되어 결과적으로 무효분의 손실을 가져오게되고 수전시설 전압상승의 원인과 또 수전단전압이 송전단전압보다 높아지는 페란티현상의 원인이 됩니다

- 지상 : 위에서 말한것과 반데로 전류보다 전압이 앞서게 되는 현상을 말합니다 이것도 무효분의 손실을 가져옵니다 즉 역률이 100프로보다 낮게됩니다

즉 진상과 지상이 없는 역률이 1이되는것이 가장좋으나 부하설비의 종류에 따라 다르지만 대부분 지상을 많이 가리킴니다 그래서 한전에서는 역률을 95프로 이상 100프로를 맞추는 경우 전기요금을 까아주는것입니다.