무효전력이 생기는 이유

 

 

출처 : http://blog.naver.com/swkimkoci?Redirect=Log&logNo=30120302989

 

무효전력은 전력 공학의 가장 중요한 개념 중의 하나로 전기공학을 처음 배울 때 잘 이해해야 하는 것이다. 전기공학에서는 복소수가 동원된 수식을 통해 무효전력을 설명하고 무효전력이란 부하에 전달되지 않는 전력, 즉 ‘효력이 없는 전력’이라고 한다. 이해가 되는가?

여기서는 무효전력이 왜 생기는 것인지에 대해 알아보기로 한다. 교류가 흐르는 곳에는 어디나 무효전력이 발생하지만 이 글에서는 송전선에 생기는 무효전력을 설명한다.

전기에는 +와 -가 있는데, +와 -는 서로 당기는 성질이 있다. 그림과 같은 송전선이 +로 되어 있다고 해보자 그러면 땅 표면에는 - 전기가 모여들 것이다.

전선에 직류가 흐르고 있다면 처음 전류를 흘리기 시작할 때 전기를 띠게 되고 그 상태로 계속 있게 될 것이다. 전기를 띠는 자체가 에너지를 소모하지는 않기 때문에 더 이상의 에너지 소모는 없을 것이다.

하지만 전선에 교류가 흐르고 있다면 전기를 띠었다가 반대 방향으로 전기를 띠는 과정이 1초에 60 번 계속될 것이다(전원의 주파수가 60 Hz인 경우). 그래서 발전기는 전하를 모았다가 빼고 반대 방향으로 모았다가 빼고 하는데 필요한 전력을 계속 주고받고 하게 된다.

이것 만이 아니다. 전류가 흐르면 주위의 공간에 자기장이 생기면서 자기 에너지가 공간에 차게 된다. 자기장이 존재하는 것 자체가 에너지를 소모하지는 않기 때문에 직류가 흐른다면 한 번 자기장 에너지가 채워지고 더 이상의 에너지 소모는 없을 것이다.

교류가 흐른다면 자기장이 생겼다가 없어지고 반대 방향으로 생겼다가 없어지는 과정이 1초에 60 번 씩 반복된다. 그래서 발전기는 자기장 에너지를 만들어 보내고 다시 받는 동작을 계속 반복해야 된다.

위에 설명한 두 가지 무효전력 중에서 첫 번째 설명한 것이 ‘용량성 무효전력’이고 두 번째 설명한 것이 ‘유도성 무효전력’이다. 어떤 무효전력이든 계속 오가기만 할 뿐 우리가 사용할 수 있는 것이 아니다. 하지만 발전기를 포함한 전력 기기의 용량은 무효전력을 감당할 수 있을 만큼 커야 한다.