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21-2500[kVA] 변압기가 배전선 손실을 40[kW]로 둔 채 두… | 2021년 전기산업기사실기(필답형) 2회차 기출문제 상세 페이지

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500[kVA] 변압기가 배전선 손실을 40[kW]로 둔 채 두 부하 L1L_1·L2L_2에 급전하고 있다. 여기에 아래 그림처럼 전력용 콘덴서를 부하와 나란히 달아 합성 역률을 90[%]까지 끌어올리려 한다. L1L_1은 180[kW]에 역률 60[%], L2L_2는 120[kW]·160[kVar]일 때 다음에 답하시오.

500[kVA] C L1 L2 가설부하 cosθ

(1) 두 부하를 합친 용량은 몇 [kVA]인가?

(2) 두 부하를 합친 역률은 몇 [%]인가?

(3) 역률을 90[%]로 만들려면 콘덴서 용량이 몇 [kVA] 있어야 하는가?

(4) 역률을 개선한 뒤 배전선 손실은 몇 [kW]가 되는가?

(5) 개선 후 변압기 용량이 허용하는 한도까지 설비를 늘린다면 몇 [kW]를 더 걸 수 있는가?

해설

(1) 500[kVA]

(2) 60[%]

(3) 254.7[kVA]

(4) 17.78[kW]

(5) 150[kW]


[해설]

(1) 유효분과 무효분을 각각 더한 뒤 합성한다. L1L_1의 무효전력은 Q1=P1tanθ1=180×0.80.6=240[kVar]Q_1=P_1\tan\theta_1=180\times\dfrac{0.8}{0.6}=240\,[\mathrm{kVar}] 이다.

P=180+120=300[kW]P=180+120=300\,[\mathrm{kW}], Q=240+160=400[kVar]Q=240+160=400\,[\mathrm{kVar}]

Pa=3002+4002=500[kVA]P_a=\sqrt{300^{2}+400^{2}}=\mathbf{500}\,[\mathrm{kVA}]

(2) cosθ=PPa×100=300500×100=60[%]\cos\theta=\dfrac{P}{P_a}\times 100=\dfrac{300}{500}\times 100=\mathbf{60}\,[\%]

(3) 콘덴서 용량은 개선 전후의 무효전력 차이다.

Qc=P(sinθ1cosθ1sinθ2cosθ2)=300(0.80.60.43590.9)=254.7[kVA]Q_c=P\left(\dfrac{\sin\theta_1}{\cos\theta_1}-\dfrac{\sin\theta_2}{\cos\theta_2}\right)=300\left(\dfrac{0.8}{0.6}-\dfrac{0.4359}{0.9}\right)=\mathbf{254.7}\,[\mathrm{kVA}]

(4) 전압과 부하 유효전력이 같을 때 선로 손실은 Pl=P2RV2cos2θP_l=\dfrac{P^{2}R}{V^{2}\cos^{2}\theta} 이므로 역률의 제곱에 반비례한다.

Pl=Pl×cos2θ1cos2θ2=40×0.620.92=40×0.360.81=17.78[kW]P_l'=P_l\times\dfrac{\cos^{2}\theta_1}{\cos^{2}\theta_2}=40\times\dfrac{0.6^{2}}{0.9^{2}}=40\times\dfrac{0.36}{0.81}=\mathbf{17.78}\,[\mathrm{kW}]

(5) 역률을 90[%]로 올리면 변압기가 500[kVA]로 실을 수 있는 유효전력은 500×0.9=450[kW]500\times 0.9=450\,[\mathrm{kW}] 가 된다. 기존 부하가 300[kW]이므로

ΔP=450300=150[kW]\Delta P=450-300=\mathbf{150}\,[\mathrm{kW}]

역률 개선이 콘덴서 설치비만큼의 값을 하는 이유가 여기에 있다. 설비를 늘리지 않고도 변압기 여유가 150[kW]만큼 생기고, 선로 손실은 40[kW]에서 17.78[kW]로 줄어든다.

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