페란티 현상(Ferranti effect)

우리가 사용하고 있는 전기는 대부분 지방에 있는 발전소에서 생산되어 장거리 송전선로를 통하여 수용가로 공급이 됩니다. 그럼 이 장거리 송전선로를 설계 시 어떠한 것들을 고려해야 할까요? 오늘은 그 중에 페란티 현상(Ferranti effect)에 대해 알아보겠습니다.

 

장거리 송전선로의 진상설계

대부분 장거리 송전선로는 코일의 영향으로 지상전류가 흐를 것으로 생각되나, 장거리 송전선로를 설계하는데 있어서 진상으로 설계가 이루어 집니다. 즉, 전류가 전압을 90º 위상을 앞서는 설계를 하게 되는데 이렇게 하는 이유는  대부분의 부하들이 유도성 부하이기 때문입니다. 즉, 대부분의 부하가 Motor, Fan 등 유도성 부하로 지상 부하입니다. 전류의 위상이 전압보다 늦어지게 되는 지상전류가 흐르게 되는 것입니다. 그래서 이를 보상하기 위해 송전선로를 진상으로 설계하여 두 요소를 상쇄시키게 됩니다.

장거리 송전선로

페란티 현상(Ferranti effect)

송전단의 전압이 100이라고 가정하였을 때, 수전단의 전압은 전압강하로 인하여 90정도를 받게 됩니다. 그런데 이를 부하가 없는 무부하 상태이거나 경부하 상태에서 공급을 하게 되면 선로의 진상전류로 인하여 송전단의 전압이 100이라면 수전단의 전압은 110정도로 상승하게 됩니다. 이렇게 수전단의 전압이 송전단의 전압보다 높아지는 현상을 페란티 현상이라고 합니다. 선로의 정전용량이 클수록 현저하게 나타나며, 절연에 부담을 주게 됩니다. 이 현상은 직류에서 발생하지 않고 위상차가 발생하는 교류에서만 발생하게 됩니다.

 

페란티 현상 방지대책

페란티 현상이 발생하게 되면 Motor나 Fan 등의 부하는 정격전압 이상의 전압으로 운전됩니다. 정격전압 이상의 전압으로 운전될 경우 전동기 철심에 전압에 비례하는 자속이 유기되고 자속포화 현상이 일어납니다. 이것에 의한 과도한 자화전류가 흐르게 되며 역률저하로 특성이 나빠지고 온도상승, 과열 등에 의해 소손될 수 있습니다. 또한 전동기를 보호하기 위해 설치해 둔 보호계전기가 오동작할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 수전단에 분로리액터를 설치하거나 동기조상기를 부족여자 운전을 하여 방지할 수 있습니다.

 

오늘은 페란티 현상에 대해 알아보았습니다. 가정에서는 크게 신경 쓸 문제가 아니지만 공장을 운영하시거나 전기업무를 하시다보면 한번은 겪는 현상으로 이를 잘 파악하여 설비에 영향을 받지 않도록 대비하시는 기회가 되셨으면 합니다.

 

변압기의 원리와 사용이유에 대해 알아보시려면 아래 포스팅을 참고하세요.

변압기(Transformer)의 원리와 사용 이유