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용량이 500[kVA]인 역률 개선용 콘덴서에 직렬리액터를 달아 제5고조파 전류가 확대되는 것을 막고 개폐기 투입 때의 돌입전류도 억제하려고 한다. 물음에 답하시오.

(1) 이론상 갖추어야 할 직렬 리액터의 용량은 몇 [kVA]인가?

(2) 현장에서 실제로 채택하는 직렬 리액터의 용량은 몇 [kVA]이며, 왜 그렇게 정하는지 쓰시오.

해설

(1) 20[kVA] (콘덴서 용량의 4[%])

(2) 30[kVA] (콘덴서 용량의 6[%]) — 이론값 4[%]는 제5고조파 공진점 그 자체여서, 주파수 변동과 리액터·콘덴서의 용량 오차가 있으면 회로가 용량성이 되어 오히려 고조파가 확대될 수 있다. 그래서 여유를 둔 6[%]를 적용하여 돌입전류 억제와 파형 개선 효과까지 확실히 얻는다.


[해설]

직렬리액터는 제5고조파에 대해 회로를 유도성으로 만들어야 하므로 5ωL > 1/(5ωC)가 조건이고, 두 값이 같아지는 공진점이 이론상의 경계다.

경계 조건에서 이론 용량을 구한다.
ωL = (1/25) × 1/(ωC) = 0.04 × 1/(ωC)
QL = 500 × 0.04 = 20[kVA]

4[%]는 공진점 그 자체이다. 그래서 주파수가 변하거나 리액터·콘덴서 용량에 오차가 있어 리액턴스가 모자라면 회로가 용량성이 되어 고조파가 오히려 커진다.

그래서 여유를 둔 6[%]를 적용하며, 돌입전류 억제와 파형 개선 효과도 확실하게 얻는다.
QL = 500 × 0.06 = 30[kVA]

혼동 주의: 제3고조파까지 문제가 되는 계통에서는 11[%] 이상(실제로는 13[%])의 리액터를 쓴다.

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