전력용 콘덴서는 왜 역률 개선에 사용되나요?

Question

• 전기기사 전력공학을 공부하다 보면 공장이나 수배전설비에서 전력용 콘덴서를 설치해 역률을 개선한다고 배우는데, 왜 콘덴서가 역률과 관계가 있는지 궁금합니다. 또한 유도전동기 같은 설비는 지상 무효전력을 소비한다고 하는데, 콘덴서가 이것을 어떻게 보상하는지도 잘 이해되지 않습니다. 실제로 콘덴서를 설치하면 전류가 줄어든다고 하는데 어떤 원리인지 자세히 설명 부탁드립니다. 그리고 콘덴서를 너무 많이 설치하면 문제가 될 수도 있다고 하는데 왜 그런지도 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

• 결론부터 말씀드리면 전력용 콘덴서는 진상 무효전력을 공급해 유도성 부하가 요구하는 지상 무효전력을 상쇄함으로써 전체 전류를 줄이고 역률을 개선하는 역할을 합니다. 유도전동기와 변압기 같은 설비는 자기장을 만들기 위해 무효전력을 필요로 합니다.

이 무효전력은 실제 일을 하지는 않지만 계통 전류를 증가시키는 원인이 됩니다. 즉 같은 유효전력을 사용하더라도 무효전력이 많으면 더 큰 전류가 흐르게 됩니다.

콘덴서는 전압보다 전류가 앞서는 진상 특성을 가집니다. 반대로 유도성 부하는 전류가 늦는 지상 특성을 가집니다. 따라서 콘덴서를 병렬로 연결하면 서로의 무효전력이 일부 상쇄됩니다.

그 결과 전체 계통에서 필요한 무효전력이 줄어들고, 공급 전류도 감소하게 됩니다. 전류가 감소하면 전선 손실과 변압기 부담도 줄어듭니다.

하지만 콘덴서를 너무 많이 설치하면 오히려 진상 역률 상태가 될 수 있습니다. 이 경우 계통 전압 상승과 이상현상이 발생할 수도 있습니다. 또한 고조파와 공진 문제가 생길 가능성도 있습니다.

그래서 실제 현장에서는 자동역률조정장치를 사용해 필요한 만큼만 콘덴서를 단계적으로 투입합니다. 결국 전력용 콘덴서는 단순 부품이 아니라 전력계통 효율과 경제성을 개선하는 매우 중요한 역률 관리 장치입니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

전력용 콘덴서는 유도전동기 같은 코일 부하가 만드는 지상 무효전력을 앞선 위상의 진상 전류로 상쇄해서 잉여 전력 소모를 막아줘요. 덕분에 선로에 흐르는 무효전류가 줄어드니까 전체 전유도 감소하고 전압 강하도 예방되는 효과가 있습니다. 하지만 과보상되면 역률이 다시 나빠지거나 이상 전압이 생길 수 있으니 적절하게 설치하는게 중요합니다.