동기 조상기는 전력계통에서 역률을 개선하기 위해 무부하 운전을 하는 동기 전동기이다.
이 기기는 전력 손실을 경감하기 위해 사용하는 조상 설비 중 하나로 전력용 콘덴서 또는 분로 리액터와 달리 정지기기가 아닌 회전기기가 된다.
하여 동기 조상기의 주요 특징과 장, 단점에 대해 아래와 같이 살펴본다.
◈. 동기 조상기(Synchronous Compensator)?
동기 조상기란 동기전동기의 무부하 운전 상태에서 전기자 반작용의 V특성을 이용해 무효전력을 조정하는 무효전력제어 설비이다.
동기 전동기의 전기자 반작용은 동기 발전기와는 반대로 지상전류를 취할 경우 증자작용을 진상전류를 취할 땐 감자작용이 된다.
강(과) 여자 시엔 공극 내의 자속이 증가하고 일정한 자속 유지를 위해선 감자 작용이 필요하므로 이 때는 진상 전기자 전류가 증가
하여 계통으로부터 진상무효전력을 흡수하는 콘덴서 역할을 한다. 즉, 계통에 지상 무효전력을 공급하게 된다.
이로서 단자전압을 상승시키는 역할을 하고 중 부하시 수전단 전압이 저하할 경우에 작용한다.
▣. 상기 그림은 동기 조상기의 V 곡선으로 전기자전류 Ia와 계자전류 If와의 관계를 보여준다.
– 역률 1인 지점이 전기자 전류 최소가 된다.
– 부하(출력)가 클수록 전기자 전류가 커져 곡선은 위로 향하게 된다.(Po=0 <P1 < P2)
– 강여자 시 진상 전기자전류가 증가해 콘덴서 역할을 한다.
– 저 여자 시 지상 전기자 전류가 증가해 분로리액터 역할을 한다.
반면 저(부족) 여자는 상기 설명과 반대가 돼 계통으로부터 지상 무효전력을 흡수하는 리액터 역할을 한다.
따라서 이 경우엔 단자전압을 하강시키며 경 부하시 또는 무부하시 수전단 전압이 상승할 경우 적용한다.
동기 조상기의 정격용량은 진상용량으로 표현하며 지상용량 = 정격용량 x 단락비 x 0.8이 된다.
1). 동기 조상기의 장점
– 진상 지상 무효전력의 연속제어가 가능하다.
– 계통의 안정도가 향상 돼 송전능력을 키울 수 있다.
– 계통의 외란을 회복시켜 과도안정도를 향상한다.
– 사고 또는 계통의 과도상태에서 속응여자방식으로 여자전류를 조정해 전압을 안정시킬 수 있다.
2). 동기 조상기의 단점
– 회전기여서 정지기에 비해 유지보수가 어렵다.
– 고가의 설비이고 운영비용 역시 증가한다.
– 철손 기계손 등이 발생 경제성이 떨어진다.
이러한 단점으로 거의 사용을 하지 않았는데 신재생 에너지 보급 확대에 따른 동기 조상기의 장점으로 현재 신규 사용을 검토하고 있다.
