안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.
결론부터 말씀드리면 전력용 콘덴서 용량은 개선 전 무효전력과 개선 후 목표 무효전력의 차이만큼 선정하며, 이때 유효전력과 역률각의 탄젠트를 이용해 계산합니다. 교류회로에서 전력은 유효전력, 무효전력, 피상전력으로 나누어 생각할 수 있습니다. 유효전력은 실제 일을 하는 전력이고, 무효전력은 전동기나 변압기처럼 자기장을 만드는 데 필요하지만 실제 일로 소비되지는 않는 전력입니다. 역률이 낮다는 것은 같은 유효전력을 사용하면서도 무효전력 비중이 크다는 뜻입니다. 전력삼각형에서 유효전력은 밑변, 무효전력은 높이, 피상전력은 빗변으로 볼 수 있습니다. 이때 무효전력은 유효전력에 역률각의 탄젠트를 곱한 값으로 나타낼 수 있기 때문에 실기 문제에서 탄젠트 값을 사용합니다. 예를 들어 개선 전 무효전력이 크고 개선 후 목표 역률에서 필요한 무효전력이 작아진다면, 그 차이만큼을 콘덴서가 보상해야 합니다. 콘덴서는 진상 무효전력을 공급하는 장치입니다. 유도성 부하는 지상 무효전력을 필요로 하는데, 콘덴서가 반대 성질의 무효전력을 공급하면 전원 측에서 공급해야 할 무효전력이 줄어듭니다. 그 결과 전체 전류가 감소하고, 전압강하와 선로 손실도 줄어듭니다. 변압기나 차단기, 케이블의 여유 용량도 확보할 수 있습니다. 하지만 콘덴서를 너무 크게 설치하면 무효전력을 과보상하여 진상역률이 될 수 있습니다. 진상역률 상태에서는 계통 전압 상승, 보호장치 오동작, 변압기 과여자, 고조파 공진 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 특히 인버터나 정류기 부하가 많은 현장에서는 고조파와 콘덴서가 공진하여 콘덴서 과열이나 퓨즈 용단이 생길 수 있습니다. 그래서 실제 설비에서는 자동역률조정장치를 이용해 부하 변화에 따라 콘덴서를 단계적으로 투입하거나 차단합니다. 전기기사 실기에서는 계산식을 정확히 적용하는 것도 중요하지만, 콘덴서가 단순히 전기요금을 줄이는 장치가 아니라 전류 감소, 전압 안정, 설비 효율 향상에 기여하는 설비라는 점을 이해하는 것이 중요합니다.