전기 유효전력, 무효전력이 생기는 이유

2023. 11. 10. 00:00전기자료/전기궁금증.정보

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전기 유효전력, 무효전력이 생기는 이유

 

전기 유효전력, 무효전력이 생기는 이유



1. 궁금사항
유효전력과 무효전력이 왜 발생하고 어떻게 쓰는건가요?
무효전력을 어떻게 만들죠?

 


2. 해답 

(1)
무효전력이란 교류시스템이기 때문에 발생할 수 밖에 없는 것이라고 보시면 됩니다. 
이를 위해서는 전력시스템을 이루고 있는 요소들 중 부하에 대해 이해할 필요가 있습니다.
 왜냐하면 부하가 요구하는 만큼 발전을 해야 하거든요. 
부하를 이루는 것들중 대부분은 회전기기입니다(대형이기도 하고 용량을 가장 많이 차지합니다.) 
이들은 모두 코일을 감아 만든 유도성 부하로 RL부하로 보통 취급합니다. 
따라서 RL부하에 교류전압을 투입하면 위상차가 생길 수 밖에 없는데 코일이 감겨있어 
인덕턴스 성분이 크게 존재하고 이에 따라 무효전력은 불가피합니다. 
발전소에서 일부러 무효전력을 발전하는 이유는 무효전력이 필요하기 때문이라기 보다는 
부하가 요구하기 때문이며, 이는 전압안정도와 관련 있습니다. 
계통주파수는 유효전력과, 계통전압은 무효전력과 관계가 있어 무효전력제어를 통해 
계통전압을 제어하게 됩니다.
실제 동기조상기는 동기발전기를 무부하로 여자만 시킴으로 전압제어목적으로
 무효전력을 만들고 있습니다. 발전소에서 무효전력제어는 전압안정도와 직결되기 때문에
 AVR 등을 이용해 무효전력 발전량을 제어합니다!

전기 유효전력 무효전력 생기는 이유 무효전력 어떻게 발생하는지

(2)
여러 대의 발전기가 연계된 상태하에서 발전기의 전압 조정에 의해 무효전력을 주고 받으므로써
무효전력을 제어한다는 말은 맞습니다.
제 생각에는 발전기가 무효전력을 만들어 낸다기보다 수용한다는 말이 더 맞는 표현일 겁니다.
이렇게 생각 해 봅시다.
어떤 부하 전체를 발전기 용량이 충분하다는 조건하에서 1대로 부하를 건다면 부하가 어떤 성질의 부하이건 간에 발전기는 다 수용하는 것이지요.
즉, 순수하게 유효전력만 가진 부하이든, 순수하게 무효전력만 가진 부하이든, 아니면 피상분 전력(=유효전력+무효전력)이든
발전기는 부하 전체를 수용(부담 또는 분담) 합니다.
그러므로 발전기는 무효전력을 발전하여 부하가 가진 무효전력을 공급한다는 표현보다는 부하가 가진 무효분을 수용(부담 또는 분담)할 뿐이다라고 생각합니다.
발전기 1대만으로 독립(연계되지 않은)된 어떤 부하군 전체를 공급하고 있을 때 여자기를 조정한다하여 무효전력이 증가하거나 감소하지 않기 때문이지요.
여자기는 발전기의 유기기전력의 크기를 조정하는 것이지 무효전력을 생산(발전)한다는 말과는 좀 거리가 있다라고 생각합니다.
여러 대의 발전기가 연계운전을 하고 있다면 발전기의 전압을 조정하므로써 무효전력의 수수(授受: 주고 받음)가 일어나는 것은 사실이지만 이것을 두고 무효전력을 생산(발전)한다는 말은 안 맞는 표현이다라고 저는 생각합니다.

무효전력이 어떻게 발생하는지

 

(3)

동기발전기는 다른 기기들과 마찬가지로 회전기계입니다.
여자기가 직류이지만, 고정된 여자기의 코일에 직류가 흘러 전자석이 되고 그 정지된 전자석을 회전자 코일이 회전하면서 코일에 교류전압이 만들어집니다. 그 만들어전 전압을 정류해서 다시 주계자에 회전자계를 공급하고, 그 회전자계에 놓인 주계자 고정자 코일에 교류전압이 발생하게 되는 것이지요.
결론은 직류인 여자기 전류가 결국은 발전기 기전력(E)를 만들어내고 그 크기를 조정합니다.

그래서, 그 회전기의 구조적인 특징 때문에 직류인 여자기 전류로 교류 기전력을 조정할 수 있고, 그 크기를 조정함으로써, 부하전류와의 위상차 관계로 부하전류의 역율을 조정하게끔 하는 것입니다. 그런데, 단순히 단독운전일 때는 그렇게 무효전력 조정이라는 개념이 없습니다. 단순히. 부하가 어떤 것이냐에 따라 전기자 반작용만 감안해 기전력의 크기가 커지거나 작어지거나 합니다.

그런데, 병렬운전을 하다보면 계통의 전압에 단자전압이 맞추어 지게 됩니다. 아무리 기전력을 조정해도 확고한 계통의 단자전압이 움직이지 않으니, 동기발전기가 그 단자전압에 맞추어져, 기전력의 크기를 조정하면 희안하게 부하전류의 역률이 확확 변해버립니다. 그것은 아까도 말했듯이, 회전기기의 구조적 특징 때문에 그런 것입니다. 그리고, 이런 것들이 기본서를 학습하시면서 배우신 전기자 반작용의 교차,증자,감자 이론 난무하면서 나오는 자속의 방향들과 관계가 있는 것들입니다.
효전력이 나오는 것이 아니라, 기전력의 크기를 조정함으로써, 부하전류의 위상차를 조정해버리면 당현히 부하에 걸려있는 무효전력을 끌어당기는 효과가 있는 것이지요...
즘 자동화가 잘 되어 있어서 전력관리 시스템들이 참 좋습니다. 시스템 소프트웨어 파라미터 선택을 PF(역율)관리 모드로 설정해서 원하는 목표값을 입력하면 일아서 avr 제어 합니다.

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