동기조상기 (Synchronous Compensator)

동기조상기 (Synchronous Compensator)

동기전동기를 무부하 상태로 운전하고 여자전류를 가감 하면 1차에 유입하는 전류는 거의 무효분 뿐이며 과여자 해주면 진상전류, 부족여자 해주면 지상전류가 된다. 이러한 특성을 이용해서 동기전동기를 전력계통의 전압조정및 역률개선에 사용하는 것이 동기조상기이다. 전력계통에 조상기를 설치하여 이것을 과여자해서 운전하면 조상 기는 선로에서 진상전류를 취하여 일종의 콘덴서 역할을 하므로 송전선 역률을 개선하고 전압 강하를 감소시킨다. 반대로 발전기가 무부하 송전선에 연결되어 자기여자를 일으키는 경우 조상기가 부족여자로 운전되므로 일종의 리액터가 되어 선로에서 지상전류를 취하고 자기여자를 방지한다.

1. 조상기의 V곡선 (V curve of modifier)

계자전류 I의 값이 조상기의 공급전압에 정확하게 대응 되면 전기자는 조상기의 손실에 해당하는 극히 작은 유효 전류가 흐르는 데 I 가 커지면 계자자속의 초과분을 상쇄할 수 있는 진상전류가 전기자에 흘러 들어온다. 반대로 I 가 작아지면, 계자전류의 부족분을 보충하고 지상전류가 흘러 들어온다. 이와 같이 회전자와 고정자간의 공극에는 항상 일정한 자속이 있도록 전기자 전류는 변한다.

조상기는 진상용량이 크므로 정격용량은 진상으로 나타 내기로 되어 있는데 지상용량의 대략의 값은 다음과 같다. 지상용량≒정격용량×단락비×0.8 그러므로 지상용량이 큰 조상기 일수록 단락비를 크게 잡아야 하므로 기기는 커지고 가격은 비싸진다.

2. 발전기 (Generator)

무효전력의 발생 및 소비에 의하여 계통의 전압을 조정 하는 측면을 고려한다면 발전기도 조상설비의 하나로 간주될 수 있다. 다만, 발전기는 동기조상기와는 달리 유효 전력(P) 공급이 주된 기능이며 필요에 따라 무효전력을 가감하여 계통의 전압 조정 역할을 할 수 있다. 발전기는 정격출력에서 85%∼90% 정도까지의 역률에 상당하는 무효전력을 공급함으로써 계통전압을 조정하게 된다. 발전 기는 여자전류를 가감함으로써 무효전력을 제어하게 되는데 여자전류를 증가시키면 무효전력이 증가되고 여자전류를 감소하면 무효전력 발전이 감소된다. 여자전류의 감소에 따라서는 진상역률이 되어 전력계통으로부터 무효전력을 소비하게 된다. 

비돌극기 발전기인 경우 X d =X q 가 되고 전류 I는 90 ° 위상차를 갖게 된다. 

발전기는 일반적으로 자동전압조정기(AVR)을 구비하고 있어 여자전류를 자동제어하여 단자전압 또는 역률을 출력에 무관하게 일정상태로 유지할 수 있다. 발전기에 의한 무효전력 조정은 연속제어가 되는 장점이 있다. 특히 최근에는 초고압 송전선과 지중송전계통 증대로 인한 정전용량 증가로 심야 등 경부하시에 상대적으로 무효전력 공급이 소비를 넘게 되어 전압이 규정치 이상으로 상승하게 된다.
이것을 해결하기 위하여 정전용량을 흡수하기위한 화력 발전기의 저여자 운전이 일반적으로 행해지고 있다.
발전기를 저여자로 운전하는 경우 발전기 단자전압이 저하함은 물론 안정도도 저하되는 문제가 있다. 이밖에도 발전기 저여자 운전은 발전기 고정자틀 부분의 누설자속 증가를 초래해 과열 문제를 발생시킬 우려가 있으며, 소내 전압 저하로 출력감소 및 효율감소와 같은 여러 가지 문제가 발생하므로 유의할 필요가 있다.

3. 자기여자(Self-excitation)

운전 중인 발전기에 무부하 또는 경부하 송전선로를 연결하면 송전선로의 정전용량에 의하여 충전전류가 흐르게 되는데 이 충전전류는 발전기 전압보다 위상이 90 ° 앞선 진상 전류로서 교류발전기의 전기자반작용(증자작용)을 일으켜 발전기 단자전압의 상승의 원인이 된다. 이때 발전 기의 용량이 충분히 크지 않으면 발전기의 여자회로를 개방하여도 발전기단자전압이 순식간에 이상 상승할 수 있다. 이 현상을 발전기의 자기여자(Self-excitation)라 한다.