1.역률이란?

피상전력에 대한 유효전력의 비율을 역률이라 한다.

이는 전기기기에 실제로 걸리는 전압과 전류가 얼마나 유효하게 일을 하는가 하는 비율을 의미한다.

2.전력이란 ; 전압과 전류의 곱임(W = V x I)

1)유효전력

교류에서 회로중 코일이나 콘덴서 성분에 의해 전압과 전류사이에 위상차가 발생하므로

실제로 유효하게 일을 하는 전력(유효전력)은 전압 x 전류(=피상전력)가 아니고

전압과 동일방향 성분 만큼의 전류(=전류 x COS(theta)) 만이 유효하게 일을하게 된다.

따라서 유효전력 = 전압 x (전류x COS(theta)) 이며, COS(theta) 을 역률이라 한다.

2)무효전력

전압과 90도 방향 성분 만큼의 전류(전류 x SIN(theta))와 전압의 곱으로서 기기에서 실제로 아무 일도

하지않으면서(전력소비는 없음) 기기의 용량 일부만을 점유하고 있는데 SIN(theta)를 무효율이라 한다.

3.역률의 크기와 의미

1)역률이 큰 경우 ; 역률이 크다는 것은 유효전력이 피상전력에 근접하는 것으로서

(1)부하측(수용가측)에서 보면 : 같은 용량의 전기기기를 최대한 유효하게 이용하는 것을 의미하며

(2)전원측(공급자측)에서 보면 : 같은 부하에 대하여 적은 전류를 흘려 보내도 되므로 전압강하가 적어지고 전원설비의 이용효과가 커지는 이점이 있다.

2)역률이 작은 경우 ; 위와의 반대되는 불이익이 있다.

4.역률저하의 원인

1)유도전동기 부하의 영향 ; 유도전동기는 특히 경부하일 때 역률이 낮다.

2)가정용 전기기기(단상유도전동기)와 방전등(기동장치에 코일을 사용하기 때문)의 보급에 의한 역률저하

3)주상 변압기의 여자전류의 영향

5.역률개선 효과

1)전력회사 측면

- 전력계통 안정

- 전력손실 감소

- 설비용량의 효율적운용

- 투자비 경감

2)수용가 측면

(1)역률개선에 의한 설비용량의 여유증가

역률이 개선됨으로써 부하전류가 감소하게 되어 같은 설비로도 설비용량에 여유가 생기게 된다.

즉, 설비용량을 더 늘리지 않고도 부하의 증설이 가능해 진다.

(2)역률개선에 의한 전압강하 경감

역률을 개선하면 선로전류가 줄어들게 되므로 선로에서의 전압강하는 경감된다.

(3)역률개선에 의한 변압기 및 배전선의 전력손실 경감.

배전선 및 변압기에 전류가 흐르면 PL = 3*I2 *R 의 손실이 발생한다.

역률개선에 의해 무효전력이 감소 하므로 이 전력손실이 경감된다.

(4)역률개선에 의한 전기요금 경감

전력 수용가의 부하역률을 개선하면 그 만큼 전력회사는 설비 합리화가 이루어 지기 때문에

수용가의 역률개선을 촉진한다는 목적으로 기본요금에 역률할증제도를 실시하고 있다.

- 우리나라의 전기요금제도는 역률이 90%에 미달한 역률 만큼 전기요금을 추가하는

역률 할증제도를 적용하고 있다.

- 역률을 개선 함으로서 전기요금이 그 만큼 절약된다.

6.역률제어 방법

1)무효전력에 의한 제어

(1)콘덴서는 부하에 무효전력을 공급하기 위해 설치되는 것이므로

무효전력에 의해 콘덴서를 투입,개방 하는 것이 합리적이다.

(2)무효전력검출을 위해 무효전력계전기를 사용해서 정정치 보다 커졌을 때 투입하고

작아 졌을 때 개방한다.

(3)이 방식은 역률개선용으로 콘덴서를 설치하는 경우에 가장 적합한 방식 이며,

콘덴서의 군용량을 부하의 성질에 따라 변경하는 방식으로

무효전력계전기를 2조 또는 수조 사용하여 군제어를 하는 경우도 있다.

2)전압에 의한 제어

(1)이 방식은 모선전압이 정정치 보다 내려 갔을때에 콘덴서를 투입하고

정정치 이상이 되면 차단 하는 방법임.

(2)1차 변전소 처럼 그 목적이 모선전압 조정에 있는 경우에 사용하며

역률개선용으로는 사용되지 않는다.

3)역률에 의한 제어

(1)무효전력과 마찬 가지로 역률계전기를 사용해서 제어하는 방법임.

(2)조정폭이 부하의 감소와 더불어 작아지고 그 폭이 1군의 용량보다 작아지는 곳에서는

헌팅을 일으키게 된다. 때문에 회로전력이 기준이하가 되면 자동제어 기능을

정지시켜 헌팅을 방지하도록 하고 있다.

4)전류에 의한 제어

(1)부하상태에 따라 역률이 일정한 경우에 쓰이는 것으로 전류계전기로 검출하여 제어한다.

(2)이 방식은 미리 무효전력과 부하전력의 관계를 조사하여 정정할 필요가 있다.

5)시간에 의한 제어

(1)상점,백화점 처럼 조업시에는 일정한 부하가 되고 종업시에는 무부하가 되는 경우에 사용한다.

(2)타임 스위치에 의해 제어 되지만 컴퓨터에 의한 년간제어도 실시되고 있다.

7.부속기기

1)콘덴서용 직렬리액터

(1)역률개선으로 콘덴서를 사용하면 회로의 전압이나 전류파형의 왜곡을 확대하는 수가 있고,

때로는 기본파 이상의 고조파를 발생하는 수가 있다 그러므로 이에 대한 방지대책이 요구된다.

(2)고조파를 줄이는 방법 ; 직렬리액터를 삽입한다.

- 제 3고조파에 대한 대책 ; 콘덴서 리액턴스의 13%가량의 직렬리액터 삽입

3wL > 1/3wC

wL > 1/9wC = 0.11 x 1/wC ... 실제 13% 직렬리액터 삽입

- 제 5고조파에 대한 대책 ; 콘덴서 리액턴스의 4%이상 되는 직렬리액터의 리액턴스가

필요하지만 실제로 주파수 변동,경제성등을 감안 6%를 표준으로 한다.

5wL > 1/5wC

wL > 1/25wC = 0.04 x 1/wC

(3)사용할 때 주의사항

- 콘덴서 단자전압의 상승

; 6% 리액터 삽입에 의해 콘덴서 단자전압은 약 6%상승, 콘덴서 전류도 6%증가한다.

따라서 콘덴서는 약 13%의 용량이 증가한다.

- 콘덴서와 용량을 합치는 일

; 리액터용량이 적정하지 않으면 오히려 선로정수만 증가시켜 무효전력만 증가시킨다.

- 콘덴서 전류가 정격전류의 120%이상이면 반드시 직렬리액터를 사용한다.

- 콘덴서 투입시 돌입 과대전류로 인해 CT 2차측 회로에서 플러시오우버 함으로

직렬리액터를 반드시 접속

2)방전코일(Discharge Coil)

; 사용목적은 콘덴서회로를 전원으로부터 개방하면 즉시 잔류전하를 방전해서 위험을 제거한다.

방전코일은 철심을 사용하므로 포화에 의한 리액턴스 감소 때문에

큰 방전전류를 흘려서방전을 속히 완료시킨다.

3)억제저항

; 콘덴서를 투입하거나 개방할 때 큰 돌입전류가 흐르거나 과도적 이상전압이 발생하므로

돌입 전류만을 억제하기 위해 콘덴서리액턴스의 10 ~ 20% 정도의 억제저항이 사용된다.

4)차단기

; 단락보호용 차단기와 콘덴서 조작용 차단기가 있다.

(1)단락보호용 차단기는 유입차단기,애자형차단기가 사용된다.

(2)콘덴서 조작용 차단기는 유입차단기,유입개폐기가 사용된다.

(3)차단기 선정시 고려사항

- 정상전류의 수배가 흐르는 돌입전류로 인한 접점의 오손, 절연유오손에 대한 고려

- 90도 진상전류가 흐르므로 재점호에 대한 고려

- 하루 1 ~ 2회 정기적으로 개폐시키므로 기계적충격등에 대한 고려

역 률

전력은 전기의 단위시간당의 일량이며 P=VI, 즉 전압과 전류의 곱으로(적산)표시됩니다.

이때 전압과 전류의 위상의 차를 cos θ로 표시하고,이때의 전력을

P=VI* cos θ로 표시합니다,

여기서의 VI를 피상전력이라고 합니다.

또 cos θ를 역률이라고 합니다.

cos θ= P/VI 이겠죠. θ가 0, 즉 전압과 전류의 위상의 차가 없을 경우 cos 0 =1 ,전력은 VI의 곱으로 표시됩니다.

반대로 θ의 값이 0 이외의 경우,전력 P는 cos θ만큼의 손실이 생깁니다.

이 역률은 전압과 전류의 위상차입니다.

전선의INDUCTOR,CONDUCTOR등의 성분이 따라서도 역률이 좌우됩니다.

역률에 있어서 θ를 작게하여 무효전력을 작게하는 것을 전력을 좋게 한다고하겠습니다.

역률은 0~1의 값을선택하므로 백분율(%)로 나타내는 일이 많습니다.

부하의 역률은 백열전구와 전열기에서는 거의100[%]이나 형광등 유도전동기 .용접기 등에서는 역률이 낮고

경부하시에 50[%]정도로 사용할 수 있는 것도 있습니다.

또한 주상변압기 등도 경부하시에는 전선로의 역률을 불량하게 합니다.

일정한 전력을 수전하는 경우 부하의 역률이 낮을수록 선로전류는 커지며 따라서 전압강하가 증대하고

또한 선로손실은 역률의 자승에 반비례 하여 증가합니다. 또한,전로선의 전송용량은 전압강하에 의해

결정되기 때문의 역률이 저하하면 용량이 그만큼 감소됩니다.

또한,발전기와 변압기 등의 용량은 [kVA]로 주어지기 때문에 역률이 불량해지면 그만큼 [kW]출력이 감소됩니다.

따라서 부하역률의 양부는 부하점에서 발전소에 이르는 전기설비에 영향을 미치게 되기 때문에

그 개선은 매우 중요한 것으로 되어 있습니다.

전선로의 부하역률의 개선에는 전력용 콘덴서를 직접부하와 병렬로 또는 선로상 또는 변전소 등에 설치해서 시행하고 있습니다.

물론, 그 영향은 설치점에서 전원측에 대해서만 미치는 것입니다.이 진상용 설비에 소요되는 경비는 이 설비가 없는 때의 손실가격을 보상하고 또한, 충분한 이익이 남는 것으로 계산되고 있습니다.

역률을 개선함으로써 얻어지는 이익은 콘덴서 설치점에서 거슬러 올라가 발전소까지 미치는 것이기 때문에 전체로서 어느 정도의 이익이 되는가를 수량적으로 나타내는 것은 극히 곤란한 것입니다.

따라서 콘덴서의 경제적 용량을 결정한다는 것은 쉽지 않습니다.

일반적으로 콘덴서 용량의 실제적 기준으로서는 역률을 90~95[%]정도로 개선하는 용량이 적당한 것으로 되어 있습니다.

역률의 의미는 공식으로 보면 전압과 전류의 위상차이이죠. 하지만 전력의 측면에서 보면 의미가 더 중요해집니다.

우리가 사용하는 전력은 유효전력과 무효 전력을 나누어집니다.

그리고 역률은 유효전력을 실효전력과 무효 전력의 합으로 나눈겁니다.

이런 의미의 역률이 중요한 건 다음과 같은 이유입니다.

유효 전력이라는 말은 우리가 전기값을 내는 전력이라 보면 되구요..

무효 전력이라는 말은 사용하는 기기내에 들어왔다가 다시 반환되는 전력입니다.

즉 무효 전력은 일은 하지않고 왔다가 그냥 가는 전력이지요

.

소비자의 입장에서는 그렇기 때문에 역률이 중요하지 않습니다.하지만 전력회사의 입장은 다르죠.

무효 전력도 역시 전류를 통해서 전달됩니다.

따라서 전기 값은 받지도 못하는데무효 전력을 위해서 전력선을 더굵게 해야 하지요. (전력선의 굵기는 돈입니다)

또한 무효 전력 역시 전류를 통해 전달되기 때문에 이러한 성분에 의한저항손(전력선에서 발생하는 전력의 손실)또한

많아지게 되지요.이건 모두 전력회사의 비용으로 돌아가게 됩니다.

그리고 역률이 나쁜 기계들을 많이 사용할수록 필요전류가 많아져 발전소가 더필요할 수도 있는 겁니다.

전력의 의미로 역률을 계산한다면 단상과 삼상의 차이는 없다고 생각되네요.

전기를 안전하게 사용하기 위해 전기기기나 전기기구에 정격이라는 것이 정해져 있다.

정격이란 전기용품을 안전하게 사용하기 위해서 한계를 표시한 것이다.

플러그를 보면 보이기 쉬운 곳에 '15A-125V'라는 식으로 표시가 되어 있다.

이것은 정격전류가 15암페어로 정격전압이 125볼트란 의미이다.

즉 전류의 상한이 15암페어이고 전압의 상한이 125볼트라는 것으로,

그 이상의 전류나 전압은 사용하지 말라는 의미이다.

코드, 플러그, 콘센트, 스위치 등의 접속기구는 부하를 늘리면 전류도 늘어나므로 정격전류를 잘 보아두어야 한다.

이를테면 '7A-125V'의 표시가 되어 있는 테이블랩에 100V 1kW의 전기기구를 연결하면

10암페어의 전류가 흐르므로 3암페어 오버가 되어 위험하다.

이 경우 전류에 의한 발열량은 전류의 제곱, 즉 (10/7)2 = 100/49 ≒ 약 2배로 증가하므로 한도 이상의 전류를 흘리는 것을

위험률이 2배로 증가하므로 한도 이상의 전류를 흘리는 것은 위험률이 2배로 증가한다고 보아야 한다.

또 코드에는 보통 정격 표시가 없으므로 주의가 필요하다. 비닐코드는 꼬은 심선의 단면적에 따라 허용 전류(흘릴 수 있는 최대한도의 전류)가 정해져 있다.

그런데 앞서 언급한 바 있듯이, 교류이 전력에는 역률이라는 것이 있으므로 전류를 계산할 때는 주의가 필요하다.

교류의 전력은

전력 = 전압×전류×역률이므로

전류(A) = 전력(W) / (전압(V) ×역률)가 된다.

전열기나 백열전구는 역률이 100%이므로 전류는 직류인 때와 같이 단순히 (전류)=(전력)/(전압)으로 계산해도 된다.

그러나 모터나 형광등 따위는 역률이 70%라던가 80% 등이 되기 때문에 그만큼 전류가 많아지는 것이다.

이를테면 역률 80%, 1kW짜리인 냉장고의 전류는 전류 = 1000(W) / (100(V) ×0.8) = 12.5(A)가 된다.

역률이 100%라면 10암페어로도 충분한 전류가 25%나 여분으로 흐르는 것이다.

콘센트 등의 정격을 생각할 때, 주의가 필요하다

원본 위치 <http://cafe.naver.com/ArticleRead.nhn?clubid=11035222&menuid=0&boardtype=&page=2&userDisplay=&articleid=63899>