콘덴서 용량이 너무 크면 역률이 오히려 문제가 될 수 있나요?

Question

공장에서 역률 개선을 위해 진상 콘덴서를 설치하는 것으로 알고 있는데 역률을 높이면 전력요금이나 전력손실 측면에서 유리하다고 배웠습니다. 그렇다면 콘덴서를 많이 설치할수록 역률이 계속 좋아지는 것인지 궁금합니다. 부하가 적은 시간에도 큰 용량의 콘덴서가 계속 투입되어 있다면 전기설비에 다른 문제가 생길 수도 있는지도 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.

콘덴서는 부족한 무효전력을 보상하기 위한 것이므로 무조건 많이 투입하는 것이 좋은 것은 아닙니다. 부하에 비해 콘덴서 용량이 지나치게 크면 진상역률이 발생할 수 있고, 계통 전압 상승이나 공진 등의 문제가 생길 가능성도 있습니다. 특히 부하가 크게 줄어드는 시간에는 필요한 보상량도 감소하기 때문에 자동 역률제어반에서는 부하에 따라 콘덴서를 단계적으로 투입·차단합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

네, 콘덴서 용량이 너무 크면 역률이 오히려 진상쪽으로 지나치게 넘어가 문제가 될 수 있습니다.

역률개선용 콘덴서는 부하에서 필요한 무효전력을 보상해 지상역률을 개선하는 역할을 합니다. 그런데 필요한 양보다 큰 콘덴서를 투입하면 무효전력을 너무 많이 보상하게 되어 과보상상태가 되고, 역률이 진상으로 바뀔 수 있습니다.

특히 부하가 적은 야간이나 휴일에도 큰 용량의 콘덴서가 계속 연결되어 있으면 이런 현상이 더 잘 나타납니다. 과보상이 심하면 계통전압 상승, 변압기나 설비의 불필요한 전압 스트레스, 고조파와의 공진 가능성, 콘덴서 과전류 같은 문제가 생길 수 있습니다.

그래서 공장에서는 부하 변화에 맞춰 콘덴서를 단계적으로 투입·차단하는 자동역률조정기(APFR)를 사용하는 경우가 많습니다. 부하가 많을 때는 여러 단을 투입하고, 부하가 줄면 일부 콘덴서를 차단해 적정 역률을 유지합니다.

현장에서는 보통 역률, 무효전력(kvar), 부하전류, 계통전압, 콘덴서 전류, 고조파 상태를 함께 확인합니다. 역률이 지나치게 진상으로 가거나 부하가 줄었는데도 콘덴서 전류가 계속 크게 흐르면 과보상을 의심할 수 있습니다.

즉, 콘덴서는 많이 설치할수록 좋은 것이 아니라 부하에 맞는 적정 용량만 투입해야 하며, 과도하면 역률이 진상으로 넘어가 오히려 설비에 부담을 줄 수 있다고 이해하면 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

콘덴서의 용량이 부하보다 너무 크면은 역률이 진상이 되어 오히려 전력 계통과 설비에 심각한 문제를 일으킬 수가 있습니다. 왜냐하면 지상 무효 전력을 상쇄하는 수준을 넘어서 과도하게 전류 위상이 전압보다 앞서 나가게 되는 거죠. 그래서 부하가 적은 야간이나 주말에 고정식 콘텐서가 계속 투입되어 있으면은 전압이 이상 상승하는 페런티 현상이 생기게 됩니다. 더불어서 전압 상승으로 인해서 제어반 안쪽에 있는 장비들이나 변압기나 다른 전자 기기의 수명이 단축될 수가 있고 더 심하면 고장을 일으킬 수도 있죠.

그리고 진상 역률 상태가 되면 전력 손실이 다시 증가합니다. 그리고 한전에 전기 요금에 추가로 할증까지 붙게 되죠. 이게 왜냐하면 지상 역률이랑 마찬가지로 무효 전류가 다시 커지게 되면은 선로의 손실이랑 변압기의 과열을 초래하죠. 그러면 한국 전력 요금 제도에서는 진상 역률에 대해서 가산금을 부과합니다. 그렇게 불이익을 주는 거죠. 그러니까 부하 변동에 따라서 콘덴서를 자동으로 키고 끄고 기준은 자동 역률 제어 장치를 사용하는 것도 좋은 방법입니다. 또는 장치를 사는 게 부담스럽다면 아예 처음부터 부하 용량에 맞춰서 적정 용량만 투입하는 게 안전한 방법이라고 말씀드릴 수 있겠습니다.