AC 시스템 역률 보정 실무 가이드

AC 시스템이 낮은 역률을 보일 때, 보정 계산에 사용할 정확한 인덕턴스 값에 의존할 수 없는 경우가 많습니다.

사용 가능한 경우 역률계는 순간 역률 값(0~1)과 피상전력(측정 전압 × 측정 전류)을 제공합니다.

계측기가 없을 때는 오실로스코프로 전압과 전류 파형을 비교하여 위상 천이(도 단위)를 결정하고, 그 코사인으로 역률을 계산할 수 있습니다.

일반적으로 와트미터가 유효전력(실전력)을 측정합니다. 이를 전압/전류 측정으로부터 계산한 피상전력과 비교하면 무효전력과 역률 값을 모두 얻을 수 있습니다.

예제 문제

아래는 측정 설정의 단순화된 표현입니다:

와트미터는 유효전력 읽음; 전압계×전류계 곱은 피상전력 산출

피상전력(kVA) 계산

피상전력(S)은 부하 전압(V)에 부하 전류(I)를 곱해 계산합니다. 킬로볼트-암페어(kVA)로 변환하려면 1,000으로 나눕니다.

결과 2.308 kVA는 유효전력 1.5 kW를 훨씬 초과하여 역률이 단일로부터 크게 벗어남을 나타냅니다.

역률 결정

역률(PF)은 유효전력(P)과 피상전력(S)의 비율입니다:

피타고라스 정리로 무효전력 구하기

피상전력을 빗변, 유효전력을 인접변으로 하면 무효전력(Q)은 피타고라스 정리 "역방향"으로 구합니다:

커패시터로 역률 보정

유도성 부하(모터 등)는 지상 역률을 보입니다. 병렬로 연결된 커패시터 뱅크가 선도 무효전력을 제공하여 유도성 기여를 상쇄합니다.

1.754 kVAR 무효전력에서 240V에서의 필요 커패시턴스(C)는 다음과 같이 계산됩니다:

80µF로 반올림하면 커패시터 리액턴스(Xc)는 33.157Ω, 전류 7.238A, 무효전력 1.737 kVAR(커패시터 단독)입니다. 커패시터 전류가 유도 전류와 180° 위상 차이이므로 그 무효전력이 부하 무효전력에서 직접 빼집니다.

유효전력은 변하지 않지만, 240V 소스에서 끌어오는 피상전력과 총 전류가 크게 감소합니다.

조정된 무효전력으로 피타고라스 정리를 써서 새로운 피상전력을 계산합니다:

커패시터 보정 전후 전력 삼각형

핵심 요약

적절히 크기가 정해진 커패시터 뱅크 구현은 역률 개선뿐만 아니라 피상전력 감소, 라인 전류 감소, 상당한 에너지 비용 절감으로 이어집니다.

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