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[역률개선을 위한 제어기술 및 대책 1] 에너지 효율을 높이는 역률의 개선 콘덴서 활용부터 지능형시스템 도입까지

김대근 기자
입력 2014.10.01 00:00

[역률개선을 위한 제어기술 및 대책 1]
에너지 효율을 높이는 역률의 개선
콘덴서 활용부터 지능형시스템 도입까지

전기요금이 증가되고 있는 가운데 에너지의 낭비없이 효율적으로 전력을 사용하고자 하는 시스템의 개선에도 관심이 집중되고 있다. 이러한 에너지 효율 시스템 가운데 역률개선시스템도 중요한 역할을 하고 있다. 현재 한전은 역률이 낮은 수용가에 경우 역률요금제를 적용하고 있어 역률개선으로 실질적인 비용절감 등의 효과를 거둘수 있다. 또한 역률개선 시스템도 최근 자동화와 지능화로 새롭게 진일보 하고 있다.

정리 김동기 기자

역률의 개선

‘역률’이란 전력공급회사가 전력 수요처에 공급하는 전력대비 소비되는 유효 전력의 비율을 말하는 것이다. 즉, 피상전력에 대한 유효전력의 비율로서 전기기기에 실제로 걸리는 전압과 전류가 얼마나 유효하게 일을 하는가 하는 비율을 나타내는 것이다. 역률이 큰 경우에는 유효전력이 피상전력에 근접하는 것으로 부하측에서는 전기기기를 유효하게 이용하고 있다는 것을 의미하며 전원측에서는 적은 전류를 흘려보내도 되므로 전원설비의 이용효과가 커진다는 이점을 갖는다. 그러나 반대의 경우인 역률이 작은 경우에는 위의 경우와 반대의 손실을 가져오게 된다. 일반 전기설비의 경우 모터 등 전압파형에 대해 전류파형이 뒤쳐진 경우가 발생하게 된다. 이와같이 전압파형에 대해 전류파형이 뒤쳐진 상태를 ‘지상’, 반대로 전압파형에 대해 전류파형이 앞서는 경우를 ‘진상’이라고 한다. 이러한 전압과 전류의 차이는 전력을 100% 유효하게 사용하지 못하는 무효전력을 발생시키며 이는 다시 역률과 관계되어 진다. 이와 같은 역률을 개선시키기 위해 일반적으로 콘덴서 등이 활용되게 되며 진상콘덴서는 수변전 설비에서 발생하게 되는 역률을 개선해 주는 역할을 통해 에너지 사용의 효율성을 증가시켜 준다.

역률의 비용효과

앞에서도 언급한 바와 같이 `역률`이란 전력공급회사가 전력 수요처에 공급하는 부하(負荷)에서 전력 대비 소비되는 유효 전력의 비율을 말하는 것으로 그 수치가 높을수록 좋다. 역률이 낮은 경우 부하에서 실제 소비되는 전력 대비 전력 공급회사가 전력 수요처에 공급해야 하는 전력의 크기가 커져야 하므로 전력공급회사는 추가적인 송배전·변압기 등 설비 보강이 필요하다. 이런 비용 상승 방지와 업체의 역률 개선을 유도하기 위해 현재 한전에서는 역률이 낮은 업체에 추가 요금을 징수하는 역률요금제를 시행하고 있다.

스마트그리드를 적용한 시스템 활용

지금까지 이러한 역률의 개선을 위해 보편적으로 사용되어 왔던 것이 콘덴서이다. 진상 콘덴서를 활용 전압과 전류파형을 맞춰줌으로써 역률을 개선하는 효과를 가져오는 것이다. 그러나 콘덴서의 경우 진상과 지상에 따른 관리자의 지속적인 노력이 필요하게 되며 관리적 측면에서도 비용이 발생되게 된다. 최근에는 각 부문에 스마트그리드에 관한 기술적 진보가 진행되면서 역률개선에도 이러한 스마트그리드 기술이 적용된 지능형 역률제어 시스템이 활용되어 지고 있다. 지능형 역률제어시스템이란 급속 충전과 방전이 가능한 특수콘덴서를 적용해 전력손실(무효전력)이 발생하는 부하(전동기, 용접기 등)의 역률을 개선해 전기요금 절감, 설비용량 여유분 확보 및 수용가 설비의 수명 향상이 가능하게 해주는 지능형 제어시스템이다. 한전KDN은 무효전력 감소에 따른 수용가의 전기요금 절감과 안정적 전력계통 운영에 기여하기 위해 지능형 역률 제어 시스템을 보급하고 있다. 이 시스템은 실제 적용에서도 효과를 보여 한전KDN에 따르면 한 기업의 경우 매월 평균 1억76백만원을 납부했으나 지능형 역률제어시스템을 도입해 역률을 77%에서 95%로 개선한 후, 역률요금에서 매월 466만원(지상역률요금:168만원 과금에서 오히려 65만원 환급, 진상역륭요금 233만원에서 0원), 세금 및 전력기반기금 고려 시 매월 약 530만원을 절감했다는 실적을 발표한 바 있다. 이 시스템의 이점으로는 일반 수용가에서는 전기요금절감(전력량 피크치 기존대비 95%~98% 및 무효전력 감소에 따른 감액), 변압기 용량 여유분 확보(15% 전후),전기품질 향상에 따른 생산성 향상 및 설비수명 연장의 효과가 있으며, 한전은 무효전력 공급감소에 따른 전력손실 절감, 안정적 전력 계통운영(전력품질향상), 전력계통 부하 예비율 추가확보(블랙아웃 예방)의 효과를 가져올 수 있는 것으로 알려졌다.