안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.
결론부터 말씀드리면 역률 개선은 같은 유효전력을 사용하면서도 불필요한 무효전력을 줄여 전류를 감소시키고, 전선 손실과 전압강하, 변압기 부담을 줄이기 위해 필요합니다. 교류 회로에서는 전압과 전류가 항상 같은 위상으로 흐르지 않습니다. 전동기나 변압기처럼 코일을 사용하는 유도성 부하는 자기장을 만들기 위해 무효전력을 필요로 하고, 이 때문에 전류가 전압보다 늦게 흐르는 지상역률이 됩니다. 유효전력은 실제 일을 하는 전력이고, 무효전력은 일을 직접 하지는 않지만 자기장 형성에 필요한 전력입니다. 역률이 낮다는 것은 전체 전류 중 실제 일에 쓰이는 비율이 낮고 무효전류 비중이 크다는 뜻입니다. 같은 kW의 부하를 사용해도 역률이 낮으면 더 큰 전류가 필요합니다. 전류가 커지면 전선의 손실은 전류의 제곱에 비례해 증가하고, 전압강하도 커집니다. 변압기와 차단기, 케이블은 전류 기준으로 용량을 부담하기 때문에 같은 실제 사용전력이라도 역률이 낮으면 설비 여유가 줄어듭니다. 콘덴서는 전류가 전압보다 앞서는 진상 무효전력을 공급합니다. 유도성 부하가 요구하는 지상 무효전력을 콘덴서가 현장에서 보상해주면 전원 측에서 공급해야 하는 무효전력이 줄고, 결과적으로 전체 전류가 감소합니다. 이 때문에 역률 개선용 콘덴서를 설치하면 전압강하가 줄고 변압기 여유 용량이 늘어나며 전기요금상 불이익도 줄일 수 있습니다. 다만 콘덴서를 너무 많이 설치하면 과보상으로 진상역률이 될 수 있고, 이 경우 계통 전압 상승이나 보호장치 오동작, 고조파 공진 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 콘덴서 용량은 개선 전후 역률과 부하 용량을 기준으로 적정하게 계산해야 하며, 실제 설비에서는 자동역률조정장치로 부하 변화에 따라 단계적으로 투입하는 방식도 많이 사용됩니다.