전기기능장 교류전력 — 피상전력·역률과 콘덴서 보상

피상전력은 전압과 전류의 곱이고, 유효전력은 여기에 역률을 곱한 값이다. 따라서 역률은 유효전력을 피상전력으로 나눈 비율이 된다.

코일처럼 저항과 인덕턴스가 함께 있는 부하는 저항 성분에서만 전력을 소비한다. 임피던스로 전류를 구한 뒤 P = I²R에 대입하며, R=40Ω, L=80mH의 코일에 100V, 60Hz를 가하면 소비전력은 160W, 220V를 가하면 약 771W가 된다.

평형 Y결선 부하에서 선전류는 상전압을 임피던스의 크기로 나눈 값과 같다. 선간전압 220V, 임피던스 6+j8Ω이면 220/√3을 임피던스 크기로 나누어 약 12.7A가 된다. △결선에서는 선전류가 상전류의 √3배이므로 상전류를 먼저 구해 임피던스를 계산한다.

역률을 개선하면 전력요금과 배전선 손실이 줄고 전압강하가 작아지며 설비 여력이 늘어난다. 그러나 경부하 시 콘덴서를 과도하게 넣으면 모선전압 상승, 송전손실 증가, 고조파 왜곡 증대가 생기므로 전압변동폭 감소는 결점이 아니다. 선로 손실을 최소로 하려면 역률을 100%로 보상하며, 늦은 역률 60%, 120kW 부하라면 기존 무효전력과 같은 160kVar의 콘덴서가 필요하다. 역률 80%, 150kW 부하에서는 Q = P × tanφ로 무효전력을 구한다.

3상 평형 부하의 역률은 두 전력계의 지시값으로 구하며, tanφ = √3(W₁ − W₂)/(W₁ + W₂)의 관계를 쓴다. 4단자 정수로 나타낸 송전선의 전력원선도 반지름은 송전단 전압과 수전단 전압의 곱을 4단자 정수 B로 나눈 값이다. 유도 기전력은 자속의 변화를 방해하는 방향으로 생긴다는 렌츠의 법칙도 함께 익힌다.