역률 개선과 그에 따른 효과에 대해 설명해보세요.

[역률(Power Factor, PF)]

피상전력에 대한 유효전력의 비율을 역률이라 한다. 이는 전기기기에 실제로 걸리는 전압과 전류가 얼마나 유효하게 일을 하는가 하는 비율을 의미한다.

[역률 개선]

송전선을 비롯하여 유도 전동기 등의 기기의 역률을 개선하기 위해 진상기라든가 Condenser를 사용하는 것이다. 송배전 계통의 역률 또는 유도 전동기의 역률이 지상(遲相)인 경우에 이것을 역률 1에 접근시키고 또는 진상(進相)에까지 진행시키는 것을 말하는데, 송배전 계통의 경우에는 조상기, 정전 콘덴서를, 유도 전동기의 경우에는 2차 여자 또는 콘덴서에 의해서 역률을 개선한다. 역률이 나쁘면 송전선, 변압기, 발전기 등의 이용효율이 저하한다는 단점이 있다.

[효과]

(1) 전력회사 측면

- 전력계통 안정

- 전력손실 감소

- 설비용량의 효율적운용

- 투자비 경감

(2) 수용가 측면

- 역률 개선에 의한 설비용량의 여유증가
역률이 개선됨으로써 부하전류가 감소하게 되어 같은 설비로도 설비용량에 여유가 생기게 된다. 즉, 설비용량을 더 늘리지 않고도 부하의 증설이 가능해 진다.

- 역률 개선에 의한 전압강하 경감
역률을 개선하면 선로전류가 줄어들게 되므로 선로에서의 전압강하는 경감된다.

- 역률 개선에 의한 변압기 및 배전선의 전력손실 경감.
배전선 및 변압기에 전류가 흐르면 P_L = 3 I^2 R 의 손실이 발생한다.
역률 개선에 의해 무효전력이 감소하므로 이 전력손실이 경감된다.

- 역률 개선에 의한 전기요금 경감
전력 수용가의 부하 역률을 개선하면 그 만큼 전력회사는 설비 합리화가 이루어지기 때문에 수용가의 역률 개선을 촉진한다는 목적으로 기본요금에 역률 할증제도를 실시하고 있다.

(참고)역률과 보상 시 문제점

- 수전설비 용량 이용을 극대화할 수 없다.

- 전류 증가에 따라 선로손실 및 전압이 상승하고 보호계전기의 오 동작을 초래할 수 있다.

- 콘덴서의 부속기구인 직렬리액터가 과열하게 된다.

- 전력 계통이 붕괴되거나 전압 변동이 심하다.

[역률 제어 방법]

(1) 무효전력에 의한 제어
- 콘덴서는 부하에 무효전력을 공급하기 위해 설치되는 것이므로 무효전력에 의해 콘덴서를 투
입, 개방하는 것이 합리적이다.
- 무효전력검출을 위해 무효전력계전기를 사용해서 정정치 보다 커졌을 때 투입하고 작아졌을
때 개방한다.
- 이 방식은 역률 개선용으로 콘덴서를 설치하는 경우에 가장 적합한 방식이며, 콘덴서의 군 용량을 부하의 성질에 따라 변경하는 방식으로 무효전력계전기를 2조 또는 수조 사용하여 군 제어를 하 는 경우도 있다.

(2) 전압에 의한 제어
- 이 방식은 모선전압이 정정치보다 내려갔을 때에 콘덴서를 투입하고 정정치 이상이 되면 차
단 하는 방법이다.

- 1차 변전소처럼 그 목적이 모선전압 조정에 있는 경우에 사용하며 역률 개선용으로는 사용되
지 않는다.

(3) 역률에 의한 제어
- 무효전력과 마찬가지로 역률계전기를 사용해서 제어하는 방법이다.
- 조정 폭이 부하의 감소와 더불어 작아지고 그 폭이 1군의 용량보다 작아지는 곳에서는 헌팅을
일으키게 된다. 때문에 회로전력이 기준 이하가 되면 자동제어 기능을 정지시켜 헌팅을 방지
하도록 하고 있다.

(4) 전류에 의한 제어
- 부하상태에 따라 역률이 일정한 경우에 쓰이는 것으로 전류계전기로 검출하여 제어한다.
- 이 방식은 미리 무효전력과 부하전력의 관계를 조사하여 정정할 필요가 있다.

(5) 시간에 의한 제어

- 상점,백화점처럼 조업 시에는 일정한 부하가 되고 종업 시에는 무부하가 되는 경우에 사용한다.
- 타임 스위치에 의해 제어되지만 컴퓨터에 의한 연간 제어도 실시되고 있다.