전기기사 전력공학 이론: 04-02 충전 전류 및 충전 용량 완벽 가이드 ⚡

📋 목차

1. 충전 전류의 기본 개념
2. 충전 용량의 계산
3. 선로 특성과의 관계
4. 실제 적용과 영향
5. 페란티 현상
6. 실전 문제 풀이

1. 충전 전류의 기본 개념

1.1 정의

충전 전류(Ic)는 송전선로의 대지 정전용량에 의해 발생하는 진상 무효전류입니다.

1.2 특성

• 전압에 비례
• 주파수에 비례
• 선로 길이에 비례
• 전압보다 90° 앞섬

1.3 기본 수식

Ic = jωCV
여기서,
Ic: 충전 전류
ω: 각주파수 (2πf)
C: 정전용량
V: 선로 전압

2. 충전 용량의 계산

2.1 단위 길이당 충전 용량

1) 단상 선로:

Qc = V²ωC [VAR/km]

2) 3상 선로:

Qc = 3V²ωC [VAR/km]
여기서,
V: 상전압

2.2 전체 선로의 충전 용량

Q_total = Qc × l
여기서,
l: 선로 길이 [km]

3. 선로 특성과의 관계

3.1 선로 구성요소의 영향

1. 도체 높이
2. 도체 간격
3. 도체 지름
4. 복도체 구성

3.2 환경 요인의 영향

• 기온
• 습도
• 대기압
• 오염도

4. 실제 적용과 영향

4.1 경부하 시의 영향

1. 전압 상승
2. 계통 안정도 저하
3. 전력품질 저하

4.2 대책

1. 분로리액터 설치
2. 동기조상기 운전
3. 선로 분할 운전

5. 페란티 현상

5.1 정의

경부하 시 충전 전류로 인해 수전단 전압이 송전단 전압보다 높아지는 현상

5.2 발생 조건

1. 장거리 선로
2. 경부하 상태
3. 높은 전압
4. 큰 정전용량

5.3 방지 대책

1. 무효전력 보상
2. 적절한 부하 운전
3. 전압 제어 설비 운용

6. 실전 문제 풀이

문제 1

154kV 송전선로의 정전용량이 0.01μF/km일 때, 100km 선로의 충전 전류는 얼마인가?

1) 10A
2) 15A
3) 20A
4) 25A

정답: 2)

해설:

Ic = jωCV
  = j2π×60×(0.01×10^-6)×(154×10^3/√3)×100
  ≈ 15A

문제 2

송전선로의 충전 전류에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1) 전압에 비례한다
2) 주파수에 비례한다
3) 선로 길이에 반비례한다
4) 전압보다 90° 앞선다

정답: 3)

해설: 충전 전류는 선로 길이에 비례합니다. 선로가 길어질수록 정전용량이 증가하여 충전 전류도 증가합니다.

문제 3

분로리액터의 설치 목적으로 가장 적절한 것은?

1) 충전 전류 보상
2) 유효전력 손실 감소
3) 단락전류 증가
4) 역률 감소

정답: 1)

해설: 분로리액터는 송전선로의 충전 전류를 보상하여 페란티 현상을 방지하는 것이 주목적입니다.

📝 시험 준비 전략

1. 필수 암기 사항

• 충전 전류 기본 공식
• 충전 용량 계산식
• 페란티 현상 조건
• 보상 설비의 종류

2. 계산 연습

• 단위 환산 (μF → F)
• 각주파수 계산
• 3상 회로의 이해

3. 개념 이해

• 물리적 의미
• 실제 적용 사례
• 문제점과 대책

🎯 학습 포인트

1. 기본 공식의 정확한 이해
2. 단위 변환 실수 주의
3. 계산기 사용법 숙지
4. 실제 사례 연구

참고: 이 내용은 2024년 시험 경향을 반영한 것입니다. 실제 시험문제는 다를 수 있으니, 다양한 유형의 문제를 학습하시기 바랍니다.