페란티 현상에 대해 설명해보세요.

[페란티 현상이란]

수전단 전압이 송전단 전압보다 높아지는 현상이다. 이러한 현상은 수전단 부하가 경감되어 송전선로에 적은 양의 전류가 흐르거나, 또는 시험 등으로 무부하로 송전선로를 운전시에 많이 발생되며, 송전선로 전체적으로 분포된 정전용량의 영향으로 충전전류가 발생하여, 이 충전전류에 의해 전류가 전압보다 위상이 앞서게 되어 수전단 전압이 송전단 전압보다 높아지게 된다. 수전단 전압이 높아지면 수전단 측에 연결되어있는 각종 전기기기의 기기손상 등을 유발할 수 있다.

[발생원인]

일반적으로 빌딩 및 공장 부하의 대부분은 저항과 유도성 리액턴스로 구성되므로 지역율이 되며, 지역율의 부하는 무효전류를 여분으로 계통에 흐르게 하여 전력을 유효하게 사용하지 못한다. 이를 개선하기 위하여 계통에 역률 개선용 콘덴서를 설치하는데 이 콘덴서가 역율 과보상 시에는 수전단 전압이 송전단 전압보다 높아지는 페란티 현상을 유발하게 된다. 다시 말해 부하의 역율은 일반적으로 높은 역률이므로 상당히 큰 부하가 걸려있을 경우 전류는 전압보다 위상이 늦어지는 것이 보통이다. 또한 중부하 시에는 지상 전류가 송전선이나 변압기의 저항 및 리액턴스에 흐르면 수전단 전압은 송전단 전압도 낮아진다. 이것이 일반적인데 경부하시와 무부하시는 충전전류의 영향이 커져서 선로에 90°가까운 진상 전류가 흐르기 때문에 수전단 전압이 송전단 전압보다 높아지는 페란티현상이 일어나게 되는 것이다. 이런 현상은 단위길이당의 정전용량이 클수록 송전선의 길이가 길수록 심해진다.

[문제점]

- 역률개선전보다 피상전력이 증가한다.

- 수전설비용량이용을 극대화 할 수 없고 전류증가로 인한 선로손실 및 전압이 상승하며, 보호계전 기의 오동작을 초래할 수 있다.

- 콘덴서의 부속기구인 직렬 리액터가 과열하게 된다.

- 조작용 유입 개폐기나 차단기의 용량이 커야 하고, 주차단기는 진상전류차단에 대한 문제점을 초 래한다.

- 수전단 현상이 높아지는 현상이 반복되면 전력계통이 붕괴되거나 전압변동이 심하게 된다.

[대책]

(1) 전력계통에서의 대책

콘덴서, 분로리액터, 동기조상기를 사용하여 무료전력을 일정범위로 유지하여 적정 전압유지, 전력손실 경감 등을 도모해야 한다. 분로리액터는 케이블이나 초고압 계통의 선로의 정전용량에 의한 진상 무효전력 또는 경부하시 일반수용가로부터의 진상 무효전력 과잉으로 인한 전압상승을 방지하기 위해 사용하는 전압상승 방지용이다.

(2) 수전설비의 대책

부하용량이 급변하는 수전설비에서는 경부하시에는 진상 전류에 의한 과보상으로 페란티 현상이 발생하므로 콘덴서 제어가 필요하다는 것이다.

(참고) 콘덴서 자동제어의 종류와 선택

- 특정부하 개폐신호에 의한 제어: 특정부하 이외는 무효전력기의 일정한 경우 선택한다.

- 프로그램제어 : 1일 부하변동이 거의 일정한 경우에 선택한다.

- 전압제어 : 전원 임피던스가 커서 전압변동이 큰 경우에 적용한다.

- 역률제어 : 역률 검출회로의 측정값과 초기 설정 치와 비교하여 콘덴서 투입 제어

- 무효전력제어 : 무효전력 측정값과 설정 값을 비교하여 콘덴서 투입 제어

- 전류제어 : 전류의 크기와 무효전력 관계가 일정한 경우 선택한다.

위의 방법 중 모든 부하조건에 적용 할 수 있는 무효 전력제어방식이 가장 널리 사용되고 있다.