교류 회로에서 역률의 의미와 전력 손실을 줄이는 구체적인 계산 방법은 무엇인가요?

Question

교류 회로에서 역률의 물리적 의미와 콘덴서를 이용해서 전력 손실을 개선하는 산출적인 근거는 무엇인지 알려주시면 감사드리겠습니다.

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

교류 회로에서 역률은 공급된 전체 에너지 중 실제로 일을 하는 전력의 비율을 의미합니다. 그리고, 이를 개선하면 전류량이 줄어들어서 선로의 전력 손실을 획기적으로 낮출수 있습니다. 구체적인 계산을 위해서는 개선 전후의 탄젠트 값 차이에 유효 전력을 곱해서 콘덴서 용량을 산출합니다. 구리고, 손실은 역률의 제곱에 반비례하므로 효율이 급격히 좋아집니다. 전력용 콘덴서를 병렬로 연결해 무효전력을 상쇄하는것이 핵심 원리라고 할 수 있습니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 서수용 전기기사입니다.

교류 회로에사 역률이란 전원이 공급한 전력 중 실제로 유효하게 사용되는 전력의 비율을 의미합니다. 교류에서는 전압과 전류가 항상 같은 위상으로 흐르지 않는데, 이때 발생하는 위상차 때문에 일부 전력은 실제 일을 하지 않고 전원과 부하 사이를 왕복하게 됩니다. 역률은 이러한 전력의 효율성을 나타내는 지표로, 전압과 전류의 위상각을 θ라고 할때 cosθ로 표현됩니다. 또한 피상전력(S) 대비 유효전력(P)의 비, 즉 P/S로도 나타낼 수 있습니다.

역률이 1에 가까우면 전압과 전류가 거의 같은 위상으로 흐르며 공급된 전력이 대부분 유효전력으로 사용됩니다. 그러나 역률이 낮으면 같은 유효전력을 얻기 위해 더 큰 전류가 필요하게 됩니다. 이는 송전선과 배선의 전류 증가로 이어지고, 그 결과 전선 저항에 의한 전력 손실이 커집니다. 전력 손실은 I^2R에 비례하므로 전류가 조금만 증가해도 손실은 크게 증가한다. 또한 전압 강하, 설비 용량 증가, 전기요금 상승 등의 문제도 발생합니다.

전력 손실을 줄이기 위한 가장 효과적인 방법은 역률 개선입니다. 주된 방법은 부하와 병렬로 커패시터를 설치하여 무효전력을 보상하는 것입니다. 유도성 부하는 전류가 전압보다 늦게 흐르며 무효전력을 발생시키는데, 커패시터는 반대 특성을 가져 이를 상쇄합니다. 그 결과 전체 위상차가 줄어들고 역률이 향상됩니다. 역률이 개선되면 동일한 유효전력을 공급하더라도 전류가 감소하고, 이에 따라 I^2R 손실이 줄어듭니다.

Answer 3

안녕하세요. 김경환 전기기사입니다.

콘덴서는 전류를 전압보다 앞서 흐르게 하는 성질이 있는데요.... 무효전력을 보상하여 전류의 위상차를 줄여서 이를 실현하는 역할을 하게 됩니다. 이렇게 전류의 위상차가 줄어들게 되면 전체적인 역률이 상승하는 효과가 발생하게 됩니다. 역률이 개선되게 되면 과부하가 감소하여 설비의 수명이 늘어나게 되는 효과도 발생하게 됩니다.