경제 산책
조상설비의 종류와 용도 본문
조상설비의 종류
조상설비는 무효전력을 조정하는 설비를 말하며, 동기 조상기, 분로리액터, 전력용 콘덴서, 정지형 무효전력 보상장치 등이 조상설비에 해당된다.
1) 동기조상기
동기전동기를 무부하 운전하고 그 계자전류를 조정하면 역률이 0에 가까운 전기자 전류의 크기를 변경할 수 있는데, 이것을 이용해서 회로로부터 얻는 진상 또는 지상의 무효전력을 조정하여, 회로의 역률 조정에 사용되는 동기를 말한다.
2) 분로리액터
무효전력의 양을 적정 수준으로 조정하기 위한 조상설비의 일종으로 전력용 콘덴서와 반대기능을 수행한다. 분로리액터는 무효전력의 증가를 흡수하여 전압을 낮추는 역할을 한다. 경부하 시간대에는 부하측의 유도성 리액턴스가 감소하나 송전선로에선 용량성 리액턴스가 증가하여 계통전압이 상승하기 때문에 이를 억제하기 위하여 장거리 초고압 송전선로자 지중선로가 집중되어 있는 지점에 분로리액터를 설치하여 운영하고 있다.
장거리 송전선의 충전전류를 없애기 위하여 송전단 또는 수전단에 넣는 리액터로 송전단에 넣으면 발전기의 진상전류가 감소하고 자기여자를 방해하므로 적은 발전기 대수로 충전할 수 있으며, 변전소에 사용하면 조상기의 단락비를 적게 할 수 있고 설치비가 적다.
예를 들어 초고압 장거리 송전선로에 접속되는 1차 변전소에 분리 리액터를 설치하게 되는데 이는 진상전류는 계통에 페란티 현상이 발생하게 되고 분로 리액터로 페란티 현상을 방지하게 된다.
3) 전력용 콘데서
무효전력을 발생하여 전압을 높여주는 역할을 하는 설비이다. 콘덴서는 전압보다 90도 위상이 빠른 진상무효전류를 공급함으로써 역률의 개선, 송전손실의 감소, 전압조정의 기능을 수행하며 주료 무효전력 소비가 많은 변전소의 모선에 설치하여 운영하고 있다.
구조는 알루미늄박과 얇은 절연지를 포개을 둘둘 감고 절연유 속에 넣은 것이 대부분인데 용량에 맞는 외함에 넣고 또 회로전압에 맞는 절연을 한 단자가 있다. 고압이나 특별고압의 회로에도 널리 사용되는데, 콘덴서 1개의 사용전압은 3,000~4,000v까지이며, 이보다 높은 전압에 사용할 때는 콘덴서를 직렬로 한다. 또 1개의 용량은 수백kVA 정도까지이며, 이 이상의 용량으로 하고자 할 때에는 콘덴서를 병렬로 하여 사용한다. 콘덴서를 대규모로 사용하는 예로서는 유력한 송전선의 수전단에 놓는 것이 있다. 이것은 선로 전류의 증감에 따라서 콘덴서의 용량을 바꿔 수전압을 일정하게 유지하려는 것이다.
4) 정지형무효전력보상장치(Static Var Campensator)
무효전력을 조정하여 전압 불안정을 해소하기 위한 장치를 말한다. 전력계통에서의 전압은 무효전력의 과부족에 따라 변화되느느데 무효전력의 소비는 주로 부하와 송전계통인 송전설비, 변압기 등에서 이루어지고 무효전력의 생산은 발전기와 송전선로에서 이루어 진다. 무효전력을 계통에 공급하면 전압은 상승하고 반대로 이를 흡수하면 전압이 낮아지게 된다. 리액터는 무효전력을 흡수하며, 커패시터는 무효전력을 공급하는 역할을 한다.
정지형 무효전력 보상장치는 기존의 커패시터 및 리액터를 고속스위칭 소자와 결합한 것이며 지상, 진상 무료전력의 연속적인 조정기 가능하고 전압변동에 대해 매우 빠른 동작을 할 수 있어 전압 불안정을 완화시키기 위해 적용된다. 송전계통에서 전압 안정도, 과도 안정도 저하와 같은 문제는 전압동요에 의해 일어나므로 전압이 변동되는 지점에 정지형 무효전력 보상장치를 설치하면 불안정이 감소된다.
파워일렉트로닉스 소자기술의 발달로 정지형 무효전력 보상장치가 다양하게 개발되고 있으며, 고속 정밀한 전압 및 무효전력 제어가 가능하고 보수가 용이한 정지형 무효전력 보상장치가 사용되고 있다. SVC는 사이리스터를 이용하여 병렬 콘덴서와 리액터를 신혹하게 접속제어하여 무효전력 및 전압을 제어하는 장치이다. SVC는 처음에는 아크로나 제철소의 압연설비로 인한 전압변동을 보상하기 위해 개발되었으나, 대용량화가 추진됨에 따라 계통 안정화를 위해 송전선로에도 적용하게 되었다. SVC의 특징은 응답특성이 빠르며, 조작에 제한이 없고, 신뢰성이 높다. 또한 유지보수가 간단하고 조작성이 뛰어나다는 장점이 있다.
5) 페란티 현상
장거리 송전선로가 무부하시에는 분포 정전용량으로 인한 충전 전류의 영향이 커져서 전압보다 전류가 앞선 진상전류로 된다. 이로 인해 수전단 전압이 송전단 전압보다 높아지는 현상을 페란티 현상이라 한다.