장점과 단점이 있는 역률 개선 방법

역률 개선 방법

역률 개선을 위해 다음과 같은 장치 및 장비를 사용합니다.

1. 정적 커패시터
2. 동기식 콘덴서
3. 위상 진행자

1. 정적 커패시터

우리는 대부분의 산업 및 전력 시스템 부하가 시스템 역률을 낮추는 지연 전류를 사용하는 유도성이라는 것을 알고 있습니다(저역률의 단점 참조). 역률 개선을 위해 저역률에서 동작하는 기기들과 Static Capacitor를 병렬로 연결합니다.

이러한 정적 커패시터는 부하 전류의 지연 유도성 성분을 (전적으로 또는 대략적으로) 중화하는 선행 전류를 제공하므로(즉, 선행 성분이 부하 전류의 지연 성분을 중화하거나 제거) 부하 회로의 역률이 향상됩니다.

유도전동기, 변압기 등 대형 유도부하 주변에 설치하여 부하회로의 역률을 개선하여 시스템을 개선하거나 효율을 도모하는 콘덴서입니다.

그림-1과 같이 지연 전류(I)를 받는 단상 유도 부하가 있고 부하 역률이 Cosθ라고 가정합니다.

그림 2에서 커패시터(C)는 부하와 병렬로 연결되어 있다. 이제 전류(Ic)가 공급 전압에서 90° 리드하는 커패시터를 통해 흐르고 있습니다( 커패시터는 리드 전류를 제공합니다. 현재보다 뒤쳐짐). 부하 전류는 (I)입니다. (I)와 (Ic)의 벡터 조합은 그림 3과 같이 θ2에서의 전압보다 뒤쳐지는 (I')입니다.

그림 3에서 θ2 <θ1의 각도, 즉 θ2의 각도가 θ2의 각도보다 작다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 Cosθ2는 Cosθ1보다 작습니다(Cosθ2> Cosθ1). 따라서 커패시터에 의해 부하 역률이 향상됩니다.

또한 역률 개선 후 회로 전류는 저역률 회로 전류보다 작아집니다. 또한 역률 개선 전후에 커패시터는 전류의 무효 성분만을 제거하기 때문에 해당 회로에서 전류의 능동 성분은 동일합니다. 또한 유효 전력(Watt)은 역률 개선 전후와 동일합니다.

장점:

• 축전기 뱅크는 다른 역률 개선 방법에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다.
• 정적 커패시터에서는 손실이 적습니다.
• 움직이는 부분이 없으므로 유지 보수가 필요 없음
• 정상 조건(즉, 일반 대기 조건)에서 작동할 수 있습니다.
• 설치에 기초가 필요하지 않음
• 가벼우므로 쉽게 설치할 수 있습니다.

단점:

• 정적 콘덴서 뱅크의 수명은 8~10년 미만입니다.
• 부하가 변경되면 커패시터 뱅크를 켜거나 꺼야 하므로 시스템에 스위칭 서지가 발생합니다.
• 정격 전압이 높아지면 파손됩니다.
• 커패시터가 손상되면 수리 비용이 많이 듭니다.

2. 동기식 콘덴서

동기 모터가 무부하에서 작동하고 초과 종료되면 동기식 콘덴서라고 합니다. 동기 모터가 초과 종료될 때마다 리드 전류를 제공하고 커패시터처럼 작동합니다.

동기식 콘덴서가 공급 전압에 걸쳐(병렬로) 연결되면 유도 전류를 끌어들이고 무효 성분을 부분적으로 제거하므로 역률이 향상됩니다. 일반적으로 동기식 콘덴서는 대규모 산업에서 역률 개선에 사용됩니다.

장점:

• 긴 수명(거의 25년)
• 높은 신뢰성
• 역률의 무단계 조정
• 유지 보수의 고조파 발생 없음 
• 결함을 쉽게 제거할 수 있음
• 고조파의 영향을 받지 않습니다.
• 낮은 유지보수 필요(주기적인 베어링 그리스만 필요)

단점:

• 비용이 비싸고(유지보수 비용도 높음) 주로 대용량 파워 유저가 사용합니다.
• 동기 모터에는 자체 기동 토크가 없기 때문에 보조 장치를 사용해야 합니다.
• 소음 발생

3. 페이즈 어드밴서

Phase Advancer는 모터의 주축에 연결되어 역률 개선을 위해 모터의 회 전자 회로와 함께 작동하는 간단한 AC 여자기입니다. Phase Advancer는 산업 분야에서 유도 전동기의 역률을 향상시키는 데 사용됩니다.

유도전동기의 고정자권선은 전압과 90° 위상차를 가지는 지연전류를 취하므로 유도전동기의 역률은 낮다. 여자 암페어 턴이 외부 AC 소스에 의해 여기되면 여자 전류가 고정자 권선에 미치는 영향이 없습니다. 따라서 유도 전동기의 역률이 향상됩니다. 이 프로세스는 Phase Advancer가 수행합니다.

장점:

• 여자 암페어 턴이 슬립 주파수(fs)로 공급되기 때문에 모터에 의해 소비되는 지연 kVAR(전력 또는 무효 전력의 무효 성분)이 충분히 감소됩니다.
• 동기 모터의 사용이 허용되지 않는 경우 위상 어드밴더를 쉽게 사용할 수 있습니다.

단점:

• Phase Advancer를 사용하는 것은 200H.P. 이하의 모터에 대해서는 경제적이지 않습니다. (약 150kW)

단상 및 3상 스타 및 델타 연결의 역률 개선

(1)에 커패시터 뱅크를 연결하여 3상 시스템의 역률 개선. 델타 연결(2). 스타 커넥션)

단상 및 3상 스타 델타 연결의 역률 개선

다음에 대해 읽을 수도 있습니다.

• 역률
• 능동, 반응성, 겉보기 및 복합 전력. 수식을 이용한 간단한 설명.
• 낮은 역률의 원인
• 저역률의 단점
• 역률 개선 및 보정의 장점  
• 역률 개선을 위해 적절한 커패시터 크기를 패럿 및 kVAR 단위로 계산하는 방법(가장 쉬운 방법) 
• 커패시터 패럿을 kVAR로 변환하고 그 반대로 변환하는 방법(역률 개선용)