조상설비의 종류(동기조상기, 전력용콘덴서, 분로리액터)

 

이번 시간에는 조상설비의 종류와 특징에 대해 알아보겠습니다.

 

조상설비란 전력계통에서 발전소와 소비자 사이에 설치되는 장치로,

송전선을 일정한 전압으로 유지하기 위해 

무효전력을 공급하여 일정 전압 이상으로 올라가지 못하도록 하여,

전력의 품질을 개선하거나 계통의 안정성을 높이는 역할을 합니다.

조상설비의 종류에는 동기조상기, 전력용콘덴서, 분로리액터 등이 있습니다.

동기조상기는 발전소에서 생산된 교류전력을 

동기전동기로 변환하여 다시 교류발전기로 되돌리는 장치입니다. 

 

이때, 동기 전동기를 무부하로 운전하고,

계자 전류의 조정을 통해 진상 또는 지상의 무효 전력을 조정하여 역률을 조정합니다 .

동기 조상기는 부하와 병렬로 연결되며,

전력선로의 전압조정 및 역율개선에 사용됩니다.

동기 조상기는 위상특성곡선 (V곡선)을 가지며,

이는 계자 전류와 전기자 전류의 관계를 나타내는 그래프입니다.
V곡선에서 역률이 1인 점을 기준으로

계자 전류가 작아지면 역률이 뒤지고 (L의 역할),

커지면 역률이 앞선다 (C의 역할)는 것을 알 수 있습니다.

V곡선의 곡선은 부하를 의미하며, '항상 일정한 값'입니다.

동기 조상기는 속응여자방식으로 선로의 전압을 일정하게 유지할 수 있으며,

시충전(시송전)이 가능합니다.

동기 조상기의  장점

  - 계자 전류의 조정으로 지상/진상 제어가 가능합니다 .
  - 회전기로써 연속적 제어가 가능합니다 .
  - 안정도가 증가하고, 송전전력이 증가합니다 .
  - 속도가 일정하고, 역률이 1로 운전 가능합니다.

동기 조상기의  단점

  - 대용량 기기로,가격이 비싸고, 손실이 큽니다 .
  - 유지/보수 비용이 비싸고, 구조가 복잡합니다 .
  - 기동 토크가 0이고, 기동시 기동장치가 필요합니다.
  - 난조를 일으키기 쉽고, 제동권선이 필요합니다.
  - 속도 조정이 곤란하고, 토크를 얻기 어렵습니다.

- 전력손실이 많습니다.

 

'전력용콘덴서'는  전력계통에 병렬로 연결되는 장치로,

전력계통의 임피던스를 감소시켜 전류를 증가 시키고 역률을 개선합니다.

다른 말로, 무효전력을 보상하고 전압을 상승시켜 역률을 보상하는 역할을 합니다. 

전력용 콘덴서는 일반적으로 전기회로에서 사용되는 

콘덴서와 비슷한 구조를 가지고 있지만, 

크기와 용량이 훨씬 크고, 

고압과 고온에 견딜 수 있도록 설계되어 있습니다.

 

 

- 전력용 콘덴서는 저항이 거의 없으므로, 유효전력에 영향을 주지 않고,

무효전력만을 저장하고 방출합니다. 

이는 전력손실을 줄이고, 발전기의 부하를 감소시킵니다.

- 전력용 콘덴서는 자기장이 거의 없으므로, 주변의 기기나 회로에 영향을 주지 않습니다. 

또한, 자기장에 의한 소음이나 진동도 발생하지 않습니다.

전력용 콘덴서의 장점

전력용 콘덴서는 전압을 안정화시키고, 역률을 보상하며, 전력손실을 줄이고, 

발전기의 효율을 높이는 등 다양한 이점을 제공합니다. 

또한, 설치가 간단하고, 유지보수가 적고, 비용이 저렴합니다.

전력용 콘덴서의 단점

 전력용 콘덴서는 과부하나 과전압에 민감하며,

고조파를 증폭시거나, 내부에서 고온이 발생할 수 있습니다. 

따라서, 보호장치나 냉각장치가 필요할 수 있습니다. 

또한, 스위칭이 자주 발생하면 수명이 단축되거나 성능이 저하될 수 있습니다.

'분로리액터'는 계통에 직렬로 연결되는 유도용량으로, 

계통의 과도한 무효전력을 감소시키고 과부하를 방지하는 역할을 합니다. 

분로 리액터는 전력용 콘덴서와 반대 기능을 가지고 있는 설비로, 

무효 전력의 증가를 상쇄(흡수)시켜 전압을 낮추는 역할을 합니다. 

무부하 또는 경부하인 긴 송전로의 선로에 발생하는 충전 전류로 인하여 

수전단의 전압이 송전단 전압보다 높아지는 페란티 현상을 억제하고, 

전압을 안정화시키며, 송전 효율을 높여 줍니다.

 

분로 리액터의 내부 구조는 직렬 리액터와 비슷한 형태이며, 

내철형 철심에 코일을 감아 절연유를 충진하고, 선로측 리드는 부싱을 통하여 모선에 연결되며, 

중성점측 리드는 부싱을 통하여 인출되어 3상이 공통으로 접속됩니다. 

 

분로 리액터용 철심은 

자기 에너지를 축적시키는 공극(air gap)이 철심각에 설치되며, 

공극의 높이는 분로 리액터의 용량에 따라 결정되는 자기 에너지의 70~90%가 결정됩니다. 

 

분로 리액터의 권선은 

도체와 자속의 쇄교로 발생되는 와류손을 줄이기 위해 동심형 권선으로 제작되며, 

돌입 전류에 의해 발생되는 전자기 기계력을 견딜 수 있는 범위 안에서 

권선 부위별로 적절한 도체를 선정하게 됩니다. 

분로 리액터는 빈번한 개폐 시 발생되는 개폐 서지 대책으로 

서지 전압을 권선 내부의 turn 간에 균등하게 분포시키는 

high series capacitance disk 권선이 사용되기도 합니다. 

분로 리액터는 전력용 변압기와 같은 기계적 보호 장치와 전기적 보호 방식을 적용하며, 

유 보존 방식도 질소 봉입 방식 또는 격막식을 사용하고, 

냉각 방식도 전력용 변압기와 대부분 동일한 방식(자냉식, 송유수냉식, 송유풍냉식)을 적용합니다.

 

분로리액터의 장점은 

- 전력 계통의 용량성 부하를 감소시켜 송전선로의 유효 용량을 증대시킬 수 있습니다.
- 송전선로의 유효 용량 증대에 따라 추가적인 송전설비 투자를 줄일 수 있습니다.
- 송전선로의 유효 용량 증대에 따라 손실을 감소시킬 수 있습니다.
- 송전선로의 유효 용량 증대에 따라 전력 계통의 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
- 송전선로의 유효 용량 증대에 따라 전력 계통의 조화파 왜곡을 감소시킬 수 있습니다.

- 상대적으로 저렴

 

분로리액터의 단점은 

- 분로 리액터의 용량이 과다하게 설치되면 전력 계통의 유도성 부하가 증가하여 

전압을 낮추는 역효과를 초래할 수 있습니다.
- 분로 리액터의 용량이 과다하게 설치되면 전력 계통의 공진 현상을 유발할 수 있습니다.
- 분로 리액터는 빈번한 개폐에 의해 돌입 전류와 개폐 서지가 발생하여 

절연 파괴나 기계적 손상을 일으킬 수 있습니다.

이상으로 전기기사 전력공학, 조상설비의 종류와 특징에 대해 알아보았습니다. 

여러분들의 합격을 기원합니다.