부하 증가 시 증가 부하가 저 역률이라면 기존 파워 커패시터에 대해 필요 용량을 더 증가시켜야 한다.
이는 부하 측 고 역률 유지를 위한 선택으로 이런 고 역률 유지 시 어떠한 이득이 있으며 얼마의 커패시터 용량 증설이 필요한지 알아본다.
먼저?
역률개선으로 얻을 수 있는 핵심적 혜택 4가지에 대해 살펴본다.
1. 전기 요금의 절감
한국전력은 역률에 따른 할인/할증 요금 제도를 시행하고 있다.
- 기본요금 감소: 역률이 높을수록 (92% 기준) 기본요금에서 할인받을 수 있고, 기준 미달 시 할증료가 부과된다.
- 효율적 전력 사용: 무효 전력에 대한 비용 부담을 줄여 전체적인 에너지 비용이 절감된다.
2. 선로 및 변압기 권선의 전력 손실 경감
역률을 개선하면 선로에 흐르는 전류(I)가 줄어들게 된다.
- 손실 공식: 전력 손실 PL = I^2 R (전류의 제곱에 비례)
- 효과: 전류가 줄어들면 전선 및 변압기 권선에서 열로 사라지는 에너지 손실이 제곱 비례로 감소하여 효율이 좋아진다.
3. 설비 용량의 여유분 증가
변압기나 배전 설비의 정격 용량은 ‘피상 전력(kVA)’을 기준으로 한다.
- 용량 확보: 역률이 좋아지면 같은 피상 전력으로 더 많은 ‘유효 전력(kW)’을 공급할 수 있게 된다.
- 증설 비용 절감: 기존 변압기를 교체하지 않고도 더 많은 부하(기계, 장비 등)를 추가로 연결할 수 있는 여유가 생긴다.
4. 전압 강하의 감소
전선에는 임피던스가(Z=R+jX) 존재해 전류가 흐를 때 전압이 떨어지는 현상이 발생한다.
- 전압 안정화: 역률 개선으로 선로 전류가 줄어들면 말단 부하에서 발생하는 전압 강하가 완화된다.
- 기기 보호: 전압이 안정적으로 공급되어 전동기 등 전기 기기의 효율이 좋아지고 수명이 연장된다.
다음으로 커패시터 필요 용량 계산은 아래와 같이 설명한다.
◈. 역률 개선에 필요한 커패시터 용량?
◇. 역률 80%인 7,000kW 부하를 사용하고 있는 변압기 현장이다.
여기에 역률 74%인 500kW 부하를 더 증설하였을 때 역률을 95%로 개선키 위한 커패시터 용량은 얼마인가?
또, 부하 증설 전 정격 용량으로 변압기를 운전하였다면 부하 추가 시 변압기 정격용량을 변동시키지 않을 경우 필요한 커패시터 용량은?
1). 부하 증설 후 역률 95%로 하기 위한 필요 콘덴서 용량은?
2). 변압기 용량을 변동시키지 않고 운전가능한 커패시터 용량은?
부하증가 전의 정격이 변압기 용량이므로
즉, 부하 증설 전 변압기 용량 8,750kVA에 500kW 부하 증설시 1,197.52kvar 콘덴서를 설치하면 변압기 부하 부담은 부하 증설 전이나 후나 8,750kVA로 같아 진다.
이는 역률 개선만으로 부하를 더 증설할 수 있음을 의미한다.
