계산식
Qc = P · (tan φ₁ − tan φ₂) φ = arccos(역률) S = P / cos φ 3상 전류 I = S / (√3 · V), 단상 I = S / V 단상 C = Qc / (2πf · V²) 3상 Δ 결선 상당 C = Qc / (3 · 2πf · V²) 3상 Y 결선 상당 C = Qc / (2πf · V²) (V 는 선간전압)
유효전력 P 는 그대로 두고 무효전력만 P·tan φ₁ 에서 P·tan φ₂ 로 줄이는 데 필요한 양이 Qc 입니다. 콘덴서가 내는 무효전력은 Q = V²·2πf·C 이므로, 결선에 따라 한 상에 걸리는 전압(Δ 는 선간전압, Y 는 선간전압/√3)과 상 수로 나누어 정전용량을 구합니다.
계수 tan φ₁ − tan φ₂ 는 kvar/kW 환산표와 같은 값입니다. 자동 테스트에서 Schneider Electric 전기설비 가이드의 표값(0.80→0.95 는 0.421, 0.70→0.90 은 0.536, 0.75→1.00 은 0.882, 0.85→0.95 는 0.291)과 대조합니다.
입력값 고르는 법
- 부하 전력과 현재 역률: 전력량계·전력분석기 측정값이나 전기요금 고지서의 평균 역률을 씁니다. 전동기 명판 역률은 정격 부하일 때 값이라 부분 부하에서는 더 낮습니다.
- 목표 역률: 흔히 0.9~0.95 를 잡습니다. 1.0 에 가깝게 올릴수록 필요한 용량이 빠르게 늘고, 부하가 줄었을 때 진상(역률이 앞서는 상태)이 되기 쉽습니다.
- 전압: 콘덴서가 연결되는 곳의 전압입니다. 3상은 선간전압을 넣습니다.
예제
3상 380 V, 60 Hz, 부하 100 kW 의 역률을 0.80 에서 0.95 로 올리려면:
- tan φ₁ = tan(arccos 0.80) = 0.75, tan φ₂ = tan(arccos 0.95) ≈ 0.3287
- Qc = 100 × (0.75 − 0.3287) ≈ 42.1 kvar
- 피상전력 125 → 105.3 kVA, 선전류 189.9 → 159.9 A (약 16 % 감소)
- 정전용량: Δ 결선 상당 약 258 µF, Y 결선 상당 약 774 µF
계산기를 처음 열면 이 값이 들어 있습니다. 실제 제품은 표준 정격(예: 5, 10, 15, 20 kvar …) 중 계산값 이상을 고르거나 여러 단으로 나눕니다.
쓸 때 주의할 점
- 참고값이며, 전기 자격자 검토가 필요합니다. 콘덴서 설비의 설치·보호·방전 장치는 전기설비기술기준과 KEC 에 따라 자격자가 설계·시공해야 합니다.
- 인버터·정류기처럼 고조파가 많은 부하에서는 콘덴서가 공진을 일으킬 수 있습니다. 직렬 리액터를 함께 검토하세요. 이 계산기는 고조파를 다루지 않습니다.
- 콘덴서 정격전압이 계통 전압과 다르면 실제 용량은 (계통 전압/정격 전압)² 배로 바뀝니다. 직렬 리액터를 넣어도 콘덴서 단자전압이 올라갑니다.
- 전동기 단자에 직접 다는 경우 무부하 전류보다 큰 용량을 달면 차단 후 자기여자가 생길 수 있으니 제조사 권장 용량을 확인하세요.
근거 자료
- Schneider Electric, Electrical Installation Guide, Chapter L "Power factor correction", How to determine the optimum level of compensation (kvar/kW 표, 500 kW 0.75→0.93 예제)
- Eskom, Power Factor Sizing Guide (역률 개선 배수표와 계산 예제)