김 민준수전설비의 부하에는 백열전등이나 전열기와 같은 순저항 부하(역율이 100%) 이외에 유도전동기 등의 유도부하(역율50%~80%)가 많이 있습니다. 대부분의 전기기기는 유도부하(기기 내부에 코일이 있으면 유도성 부하라고 한다)라고 생각할 수 있 습니다. 유도부하의 전류는 전압보다 90도 늦은 지상전류가 흐르게 되어 무효전력이 생기게 됩니다.
지상전류에 의해 무효전력이 생기게 되면 전원측에서는 유효전류 이상으로 전원을 공급하게 됩니다. 필요한 전류의 이상으로 전류를 보내기 떄문에 전력 손실이 증가하게 되고 유효전류 + 무효전류가 저항 회로에 흐르게 되면 전압강하가 발생하게 됩니다. 전압강하가 발생하면 다른 기기들의 정상적인 전원 공급을 방해 하므로 순간정전이나 혹은 기기들이 동작을 멈출수도 있습니다. 또, 전원측에서 필요 이상의 전원을 공급하므로 한전에서는 무효전류가 많이 발생하는 수용가에게 많은 요금을 부담시키기도 합니다.
이를 개선하기 위해 유도성 부하에 병렬로 진상용 콘덴서를 설치하여 유도성 부하에서 흐르는 전류와 반대의 전류를 흘려서 무효분을 없애주어 회로의 역율을 개선하는 기능을 가지고 있습니다. 진상용 콘덴서를 설치함으로써 유도성부하에 흐르는 무효전류가 소멸되어 전원으로부터 공급하는 전류가 유효전류에 가까운 값이 되게 하는 것입니다.
즉, 다시 말해서 진상용 콘덴서의 설치 목적은 부하의 역율을 개선하여 전압변동율이나 전력손실을 줄이기 위한 것입니다. 또, 전압강하를 개선하여 설비용량의 여유도를 향상 시키고, 더불어 전기 요금을 절감할 수 있습니다.
한국전력공사의 전기공급 규정에 명시된 역율에 대한 전기 요금 관계 내용은 다음과 같습니다.
제 41조 (역율 유지)
(1) 고객은 전체 사용설비의 역률을 지상역률 90%(이하 “기준역률”이라 합니다) 이상으로 유지해야 합니다.
(2) 고객은 제1항의 기준역률을 유지하기 위하여 적정용량의 콘덴서를 개개 사용설비별로 설치하되, 사용설비와 동시에 개폐되도록 해야 합니다. 다만, 고객의 전기사용 형태에 따라 한전이 기술적으로 타당하고 인정할 경우에는 사용설비의 부분별로 또는 일괄하여 콘덴서를 설치할 수 있습니다. 이때 고객은 콘덴서의 부분 또는 일괄개폐장치 등 한전이 인정하는 조정장치를 설치하여 진상역률이 도지 않도록 해야 합니다.
제 43조 (역율에 따른 요금의 추가 또는 감액)
지상역률(遲相力率)에 대하여 적용하며, 평균역률이 90%에 미달하는 경우에는 달하는 역률 60%까지 매1%당 기본요금의 0.2%를 추가하고, 평균역률이 90%를 초과하는 경우에는 역률 95%까지 초과하는 매 1%당 기본요금의 0.2%를 감액합니다.
공장에서는 역률 개선에 해당하는 가장 큰 유도성 부하는 대용량의 전동기가 있습니다. 그래서 대용량 전동기 회로 근처에 병렬로 콘덴서를 설치하여 진상전류를 흘려주어 유도성(지상) 전류를 소멸시키고 역률을 개선합니다.
가산 IDC-SMILE 1 Center에서는 문제가 되는 유도성부하는 대표적인 것으로 항온 항습기(Therom-hygrostat)가 있습니다. 항온항습기 내부에 바람을 만드는 모터와 회전식 압축기는 스크류식으로 내부에 코일이 많이 있어서 무효전류를 만들기 때문에 역률이 나빠지게 됩니다.
다음 사진처럼 배전반에 3개의 콘덴서가 설치되어있습니다. 무효전력에 맞추어서 콘덴서 용량을 선정하여 설치하게 됩니다.
그런데 진상용 콘덴서 사용시 주의해야 할 점이 있습니다. 경부하시나 무부하 시에 사용할 경우 콘덴서에 눈에 보이지 않는 정전용량에 의해 충전전류(충전용량)가 흐르기 때문에 수전단 접압이 송전단 전압보다 높아지는 현상이 발생합니다. 이것을 페란티 현상(Ferranti phenomenon)이라고 합니다. 즉, 다시말해서 공장이나 사무실이 밀집해있는 빌딩의 경우 주간에는 전기사용량이 많지만 저녁에는 대부분 전기기기를 사용하지 않습니다. 낮에는 유도성 부하가 많아서 그만큼 진상전류를 흘려 역율을 높이기 위해 진상용 콘덴서를 사용하지만, 저녁에는 전기기를 사용하지 않으므로 유도성 부하가 없기 때문에 진상용 콘덴서도 사용할 필요가 없게 됩니다. 그런데 만일 유도성 부하가 없는데도 불구하고 즉 전기기기를 사용하지 않는데도 진상용 콘덴서가 동작하면 진상용 콘덴서에 의해 충전전류가 흐르게 되어 전원공급이 계속 발생하게 되고 그만큼 전기비용이 발생하게 됩니다. 그래서 전기기가를 사용하지 않는 시간에는 진상용 콘덴서도 사용하지 않아야 합니다. 진상용 콘덴서를 유도성 부하에 맞게 제어를 해야합니다.
그러면 가산 IDC-SMILE 1 Center는 어떨까요? IDC의 특징은 서버에 24시간 전원공급을 해야 합니다. 그러면 가산 IDC-SMILE 1 Center에서는 진상용 콘덴서를 따로 제어할 필요가 없겠죠? 사실 가산 IDC-SMILE 1 Center에서도 진상용 콘덴서를 제어하고 있습니다. 주야별로 진상용 콘덴서를 하는것이 아니라 계절별로 하고 있습니다. 위에서 언급하였다시피 유도성부하로 항온항습기가 있습니다. 콘덴서 제어는 주로 겨울에 하는데 그 이유는 외부 공기가 차가워지는 경우 급기휀을 가동하여 서버실에 차가운 공기를 공급합니다. 그러면 항온항습기의 압축기 대부분은 정정한 온도에 맞추어 작동을 하지않습니다. 그래서 유도성 부하가 줄게됩니다. 유도성 부하가 줄게 되면 그에 맞게 진상용 콘덴서를 제어해야 합니다. 대표적인 제어 방식으로 수전점 무효전력에 의한 제어가 있는데 지상무효 전력의 크기에 따라서 공급되는 진상 무효전력의 크기를 조정하는 방법이므로 부하 종류에 관계없이 광범위하게 사용될 수 있는 방법을 사용합니다. 주야별로 진상용 콘덴서를 제어한다면 일부하곡선상의 변동이 별로 크지 않으므로 타이머를 이용한 프로그램에 의한 제어로 콘덴서 조정이 가능합니다.
유도성 부하에 비해 진상용 콘덴서의 용량이 크게되면 과보상이 되어 이 또한 많은 전기요금을 내야합니다. 그래서 정확한 무효전력을 크기를 측정해서 진상용 콘덴서를 제어해서 전기 사용량을 효율적으로 관리하도록 해야합니다. 상황에 맞는 정확한 진상용 콘덴서 제어는 비용 절감을 기대할 수 있는 방법입니다.
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