페란티 현상¶
학습 정보
과목 전력공학 · 유형 암기 · 난이도 중급 · 숙련도 미학습
보통은 전기를 보내면 선로에서 전압이 떨어진다. 그런데 무부하이거나 부하가 아주 가벼울 때는 반대로 받는 쪽 전압이 보내는 쪽보다 높아진다. 이것이 페란티 현상이다. 직관과 반대이기 때문에 시험에 자주 나오고, 실제 계통에서도 심야 경부하 시간대에 관리해야 하는 문제다.
왜 일어나는가¶
원인은 선로의 정전용량이다. 앞서 본 것처럼 송전선은 그 자체가 콘덴서이므로, 부하가 없어도 충전전류가 흐른다.
이 충전전류는 콘덴서를 지나는 전류이므로 전압보다 위상이 90° 앞선 진상전류다. 여기가 핵심이다.
- 보통의 부하전류는 지상(전압보다 뒤짐)이다. 이 전류가 선로 리액턴스를 지나면 전압이 떨어진다.
- 충전전류는 진상이다. 같은 리액턴스를 지나지만 위상이 반대이므로 전압을 끌어올린다.
부하가 있을 때는 지상 부하전류가 진상 충전전류를 압도해 결과적으로 전압강하가 나타난다. 그런데 무부하가 되면 지상분이 사라지고 충전전류만 남아 전압 상승만 드러난다.
언제 심해지는가¶
충전전류 \(I_c = \omega C E\) 를 키우는 조건이 전부 페란티를 심화시킨다.
- 선로가 길수록 — \(C\) 가 길이에 비례
- 전압이 높을수록 — 초고압 장거리 송전선
- 케이블일수록 — 지중케이블은 가공선보다 정전용량이 훨씬 크다
- 복도체일수록 — 등가 반지름이 커져 \(C\) 가 증가한다
- 심야·휴일 등 경부하 시간대
복도체가 송전용량을 늘리는 좋은 수단이면서 동시에 페란티를 악화시킨다는 점이 앞 노트와 이어지는 지점이다.
대책¶
원인이 진상 무효전력 과잉이므로, 대책은 전부 "지상 무효전력을 보충하거나 진상분을 없애는" 방향이다.
- 분로리액터(Sh.R) 설치 — 가장 대표적인 대책이다. 리액터는 지상 무효전력을 소비하므로 선로의 진상 충전전류를 상쇄한다.
- 동기조상기의 부족여자 운전 — 동기조상기를 부족여자로 돌리면 리액터처럼 동작해 지상 무효전력을 흡수한다. 연속적으로 조절할 수 있는 것이 장점이다.
- 선로 개방 / 분할 운전 — 경부하 시 일부 선로를 끊어 \(C\) 자체를 줄인다.
전력용 콘덴서(SC)는 정반대 대책이다. 콘덴서는 진상 무효전력을 공급하므로 페란티를 더 악화시킨다. 역률 개선용 콘덴서와 헷갈리면 안 된다 — 역률 개선은 지상 부하가 있을 때 쓰는 것이고, 페란티는 지상 부하가 없을 때 생기는 문제다.
| 상황 | 과잉인 것 | 대책 |
|---|---|---|
| 지상 부하가 무거움(역률 저하) | 지상 무효전력 | 전력용 콘덴서(SC) |
| 무부하·경부하(페란티) | 진상 무효전력 | 분로리액터(Sh.R) |
계산 예제¶
예제 — 충전전류의 크기¶
154 kV, 100 km, 작용 정전용량 0.008 μF/km 선로가 무부하 상태다. 이때 흐르는 진상 충전전류는? (60 Hz)
부하가 하나도 없는데 27 A 에 가까운 전류가 흐른다. 이 전류가 선로 리액턴스를 지나며 수전단 전압을 밀어 올린다. 선로가 2배로 길어지면 충전전류도 2배가 되므로 장거리일수록 심해진다는 것이 수식으로 확인된다.
학습노트¶
(여기에 본인 언어로 이해한 내용을 정리)
- 원본출처: 전력공학 1장 - 송전선로의 특성
- Notion 원본: 페란티 현상