공장에서 역률이 낮으면 전기요금이 더 나온다고 하는데 역률이 정확히 무엇이고 진상 콘덴서를 설치하면 왜 역률이 개선되는지 원리가 궁금합니다.

Question

공장에서 역률이 낮으면 전기요금이 더 나온다고 하는데 역률이 정확히 무엇이고 진상 콘덴서를 설치하면 왜 역률이 개선되는지 원리가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 설효훈 전문가입니다. 역률은 전기를 공급받았을 때 실제로 일을 하는 전력과 전체적으로 공급받는 전력의 비율입니다. 공장에서는 모터, 변압기, 용접기처럼 자기장을 이용하는 장비가 많습니다. 이런 장비는 기계를 돌리는 데 필요한 전력 외에도 자기장을 만들고 유지하기 위한 무효전력을 사용합니다. 이때 역률이 낮으면 같은 일을 하는 데 더 많은 전류가 필요해지고, 전선과 변압기에서 전력 손실도 커질 수 있습니다. 

 진상 콘덴서는 이 문제를 줄여줍니다. 모터 같은 유도성 장비는 전류가 전압보다 늦게 흐르는 특성이 있는데, 콘덴서는 반대로 전류가 전압보다 앞서는 특성이 있습니다. 콘덴서를 설치하면 두 전류 성분이 서로 상쇄되어 전력회사에서 공급받아야 하는 무효전력이 줄어들고, 전압과 전류의 관계가 개선되면서 역률이 1에 가까워집니다. 쉽게 말해 공장에서 필요한 무효전력의 일부를 전력회사 대신 콘덴서가 가까이에서 공급하는 것입니다. 

 예를 들어 공장이 실제로 80kW의 일을 하고 있다고 가정하면, 역률이 0.8일 때 필요한 피상전력은 100kVA입니다. 역률을 0.95로 개선하면 약 84.2kVA로 줄어듭니다. 실제 작업량은 그대로인데 전력 설비에 부담을 주는 전류가 줄어드는 것입니다. 다만 전기요금이 얼마나 줄어드는지는 적용되는 요금제와 역률에 따른 할인·추가 요금 기준에 따라 달라집니다. 콘덴서를 지나치게 설치하면 역률이 진상으로 과도하게 바뀌거나 고조파 문제가 생길 수 있으므로, 공장의 부하를 측정해 적정 용량을 선정해야 합니다. 

Answer 2

안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.

역률은 공급된 전력 중 실제로 일을 하는 유료전력의 비율을 말합니다.

공장에 모터 같은 유도성 부하가 많으면 전류가 전압보다 늦게 흘러 무효전력이 커지고 역률이 낮아진답니다.

진상 콘덴서는 전류를 전압보다 앞서게 해 이 지상 무효전력을 상쇄시켜 역률을 개선합니다. 역률이 개선되면 같은 일을 하는 데 필요한 전류가 줄어 전기요금 부담도 줄어든답니다.

Answer 3

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.

역률은 공급된 전력 가운데 실제로 일을 하는 유효전력이 얼마나 되는지를 나타낸 값으로 보시면 됩니다.

공장에서는 모터나 변압기 같은 유도성 부하가 많기 떄문에 전류가 전압보다 늦게 흐르면서 무효전력이 커지기 때문에 그만큼 역률이 낮아지기 쉬운 특징이 있습니다. 역률이 낮으면 같은 일을 하는 데도 더 큰 전류가 필요해 전선과 변압기의 손실, 발열, 설비 부담이 늘어나고 요금에도 불리할 수 있습니다.

진상 콘덴서는 모터가 필요로 하는 무효전력의 일부를 현장에서 공급해 전류의 늦어짐을 줄이는 역할을 하는데, 그 결과 전압과 전류의 위상 차이가 작아지고 전체 전류 또한 줄어들면서 역률이 개선될 수 있습니다.

진상 콘덴서는 쓸데없이 전력망을 오가는 무효전력을 줄여 같은 유효전력을 더 효율적으로 공급하게 만드는 장치라고 보시면 되겠습니다.

Answer 4

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

모터처럼 코일이 든 부하는 자기장을 만드는 데 전류를 쓰느라 전류가 전압보다 늦게 따라와요. 이 전류의 일부는 매 반주기마다 코일에 저장됐다가 전원으로 되돌아가기를 반복할 뿐 일을 하지 못하는데, 이를 무효전력이라고 해요. 역률은 공급된 피상전력 중 실제 일을 하는 유효전력의 비율, 즉 cosφ예요.

100kW 설비가 역률 0.7이면 143kVA를 끌어와야 하지만, 0.95면 105kVA로 충분해 같은 일에 흐르는 전류가 26% 정도 줄어요. 전류가 크면 선로 손실과 필요한 설비 용량이 커져서, 한전은 지상역률 90%를 기준으로 그보다 낮으면 1%마다 기본요금을 할증하고 높으면 95%까지 감액해 줘요.

콘덴서는 코일과 반대로 전류가 전압보다 앞서 흘러요. 모터와 나란히 달면 코일이 에너지를 내놓을 때 콘덴서가 받고, 코일이 필요할 때 되돌려 줘요. 무효전력이 공장 안에서 둘 사이를 오가니 한전 선로로는 유효전력에 필요한 전류만 흘러요. 밤처럼 모터가 적게 돌 때 콘덴서가 그대로 붙어 있으면 전류가 앞서는 진상역률이 돼 이것도 할증되니, 부하에 맞춰 콘덴서를 자동으로 넣고 빼는 장치를 함께 써요 :)

Answer 5

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

역률은 공장에 공급된 전체 전력 중 실제로 일에 쓰이는 유효전력의 비율을 뜻하며 모터 등 유도성 부하가 많으면 위상차가 벌어져 역률이 낮아집니다. 역률이 낮으면 한전에서 더 많은 총 전류를 공급해야 하므로 전력 손실이 발생하고 전기요금 페널티가 부과됩니다. 이를 해결하기 위해 설치하는 진상 콘덴서는 위상이 앞서는 무효전력을 공급하여 모터가 유발하는 지상 무효전력을 상쇄시킵니다. 즉 콘덴서가 전류의 위상을 앞으로 당겨주어 전압과 전류의 위상차를 줄이고 결과적으로 피상전력을 낮춰 역률을 1에 가깝게 끌어올립니다. 이처럼 역률이 개선되면 불필요한 무효 전류가 줄어들어 전력 효율이 극대화되고 전체적인 전기요금을 효과적으로 절감할 수 있습니다