콘덴서 뱅크는 동일한 등급의 여러 콘덴서를 직렬 또는 병렬로 연결하여 전기 에너지를 저장하는 것입니다. 콘덴서는 두 개의 금속 플레이트 사이에 절연 물질을 두고 전기장을 생성하여 전하를 저장할 수 있는 장치입니다. 콘덴서 뱅크는 전력 인자 보정, 전압 조절, 고조파 필터링, 일시적인 억제 등의 다양한 용도로 사용됩니다.
전력 인자는 AC(교류) 전력 시스템이 공급된 전력을 얼마나 효율적으로 사용하는지 측정하는 지표입니다. 이는 실제 전력(P)과 표시 전력(S)의 비율로 정의되며, 실제 전력은 부하에서 유용한 작업을 수행하는 전력이고, 표시 전력은 전압(V)과 전류(I)의 곱입니다. 전력 인자는 또한 전압과 전류 사이의 각(θ)의 코사인으로 표현될 수 있습니다.
전력 인자 = P/S = VI cos θ
이상적인 전력 인자는 1이며, 이는 모든 공급된 전력이 유용한 작업으로 변환되고 회로에 반응 전력(Q)이 없는 것을 의미합니다. 반응 전력은 모터, 변압기, 콘덴서 등과 같은 유도 또는 용량 요소의 존재로 인해 소스와 부하 사이에서 왕복 흐르는 전력입니다. 반응 전력은 어떠한 작업도 수행하지 않지만, 추가 손실을 발생시키고 시스템의 효율성을 저하시킵니다.
반응 전력 = Q = VI sin θ
시스템의 전력 인자는 0부터 1까지 다양하며, 연결된 부하의 종류와 양에 따라 달라집니다. 낮은 전력 인자는 높은 반응 전력 수요와 공급된 전력의 불량한 활용을 나타내며, 높은 전력 인자는 낮은 반응 전력 수요와 공급된 전력의 좋은 활용을 나타냅니다.
전력 인자 보정은 콘덴서 뱅크나 동기 컨덴서와 같은 반응 전력 소스를 추가하거나 제거하여 시스템의 전력 인자를 개선하는 과정입니다. 전력 인자 보정은 유틸리티와 소비자 모두에게 다음과 같은 여러 가지 이점이 있습니다:
선 손실 감소 및 시스템 효율성 향상: 낮은 전력 인자는 시스템 내에서 높은 전류 흐름을 의미하며, 이는 저항 손실(I2R)을 증가시키고 부하 끝의 전압 수준을 감소시킵니다. 전력 인자를 높임으로써 전류 흐름이 감소하고 손실이 최소화되어 더 높은 전압 수준과 더 나은 시스템 성능을 얻을 수 있습니다.
시스템 용량 및 신뢰성 향상: 낮은 전력 인자는 소스로부터 높은 표시 전력 수요를 의미하며, 이는 부하에 제공되는 실제 전력의 양을 제한합니다. 전력 인자를 높임으로써 표시 전력 수요가 감소하고 더 많은 실제 전력이 부하에 공급되어 시스템 용량과 신뢰성이 향상됩니다.
유틸리티 요금 및 벌금 감소: 많은 유틸리티는 낮은 전력 인자를 가진 소비자들에게 추가 요금이나 벌점을 부과하는데, 이는 전송 및 배전 네트워크에 더 많은 부담을 주고 운영 비용을 증가시키기 때문입니다. 전력 인자를 높임으로써 이러한 요금이나 벌점을 피하거나 줄일 수 있어 소비자의 전기 요금이 감소합니다.
콘덴서 뱅크는 그 연결 모드와 위치에 따라 시스템에 대해 반응 전력을 제공하거나 흡수함으로써 작동합니다. 콘덴서 뱅크에는 크게 두 가지 유형이 있습니다: 병렬 콘덴서 뱅크와 직렬 콘덴서 뱅크.
병렬 콘덴서 뱅크는 부하와 병렬로 연결되거나, 변전소나 피더와 같은 특정 지점에 연결됩니다. 이들은 모터, 변압기 등과 같은 유도 부하로 인해 발생하는 후방의 반응 전력(음의 Q)을 상쇄하거나 줄이기 위해 선두의 반응 전력(양의 Q)을 제공합니다. 이는 시스템의 전력 인자를 개선하고 선 손실을 줄입니다.
병렬 콘덴서 뱅크는 다른 유형의 반응 전력 보상 장치보다 다음과 같은 몇 가지 장점이 있습니다:
상대적으로 간단하고 저렴하며 설치와 유지 관리가 쉽습니다.
부하 변동이나 시스템 요구 사항에 따라 켜거나 끌 수 있습니다.
더 작은 단위나 단계로 나누어 반응 전력 제어에 더 유연성과 정확성을 제공할 수 있습니다.
현지 반응 지원을 통해 부하 끝의 전압 안정성과 품질을 개선할 수 있습니다.
그러나 병렬 콘덴서 뱅크도 다음과 같은 몇 가지 단점이나 제한 사항이 있습니다:
적절히 설계되지 않거나 시스템의 다른 장치와 적절히 조정되지 않으면 과전압이나 공진 문제를 일으킬 수 있습니다.
적절히 필터링이나 보호되지 않으면 시스템에 고조파나 왜곡을 초래할 수 있습니다.
긴 송전선이나 분산 부하에 효과적이지 않을 수 있습니다.
직렬 콘덴서 뱅크는 부하나 송전선과 직렬로 연결되어 회로의 효과적인 임피던스를 줄입니다. 이들은 긴 케이블, 송전선 등과 같은 용량 부하로 인해 발생하는 선두의 반응 전력(양의 Q)을 상쇄하거나 줄이기 위해 후방의 반응 전력(음의 Q)을 제공합니다. 이는 시스템의 전압 조절과 안정성을 향상시킵니다.
직렬 콘덴서 뱅크는 병렬 콘덴서 뱅크보다 다음과 같은 몇 가지 장점이 있습니다:
선 손실과 전압 강하를 줄여 긴 송전선의 전력 전송 능력과 효율성을 높일 수 있습니다.
고장 경로의 임피던스를 증가시켜 시스템의 단락 전류와 고장 수준을 줄일 수 있습니다.
자연 주파수와 진동을 줄여 시스템의 순시 응답과 감쇠를 개선할 수 있습니다.
그러나 직렬 콘덴서 뱅크도 다음과 같은 몇 가지 단점이나 제한 사항이 있습니다:
적절히 설계되거나 보호되지 않으면 과전압이나 공진 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 고장 상태에서는 콘덴서의 전압이 정격 값의 15배까지 상승할 수 있으며, 이는 콘덴서나 시스템의 다른 장비를 손상시킬 수 있습니다.
적절히 필터링이나 보상되지 않으면 시스템에 고조파나 왜곡을 초래할 수 있습니다.
낮은 전압이나 분산 부하에 효과적이지 않을 수 있습니다.
콘덴서 뱅크의 크기는 다음과 같은 여러 요인에 따라 달라집니다:
원하는 전력 인자 개선 또는 반응 전력 보상
시스템의 전압 수준과 주파수
콘덴서 뱅크의 유형 및 위치(병렬 또는 직렬)
부하 특성 및 변동
콘덴서 단위의 비용 및 가용성
병렬 콘
