전기공사기사 전력손실의 경감 — 역률·승압과 손실의 제곱 법칙

전선에서의 열손실은 전류의 제곱에 비례한다. 같은 전력을 보낼 때 역률이 낮으면 전류가 더 크게 흐르므로 손실이 늘어난다. 역률이 cosθ이면 손실은 역률 1인 경우의 1/cos²θ배가 된다. 그래서 부하역률 0.6을 콘덴서로 0.9까지 개선하면 전류가 2/3로 줄어 손실은 (2/3)²=4/9, 처음의 약 44.4%로 감소한다.

전압을 높이면 같은 전력을 낮은 전류로 보낼 수 있다. 부하전력과 역률이 같을 때 전압을 n배 승압하면 전류는 1/n이 되고, 전압강하는 1/n, 전력손실은 전류의 제곱에 비례하므로 1/n²로 줄어든다. 정격전압 154kV 송전선로의 전압을 2배로 올리면 손실은 기존의 1/4이 된다. 승압은 손실률을 그대로 두고 공급전력을 늘리는 쪽으로도 쓸 수 있어, 전압을 2배로 승압하고 손실률을 같게 유지하면 공급전력은 4배가 된다.

공장이나 빌딩에서 220V를 380V로 승압해 쓰는 이유도 같다. 전압을 높이면 같은 전력을 보내는 전류가 줄어 도선에서 발생하는 손실이 크게 줄어 효율이 좋아진다.

손실을 줄이는 대책은 전류를 줄이거나 전압을 올리거나 콘덴서로 무효전력을 보상하는 것이다. 누전 차단기는 안전 장비이지 손실을 줄이는 방법이 아니고, 여러 접지를 하는 것은 안전과 누설·파괴 방지에는 도움이 되지만 손실 감소와는 직접 관련이 적다. 역률 개선의 효과는 전력손실과 전압강하 감소, 설비의 효율적 사용이지만 절연재 비용 자체가 줄어드는 것은 아니다.