NEC 법규/기타

역률(Power Factor)이 최근 잘 나오는(좋아지고 있는) 이유는? VFD, SMPS 설치의 이유? 전력회사의 전기요금 부과와의 관계?

NEC MASTER 2025. 8. 23. 17:41
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요즘 역률이 좋아지는 이유 (실무 관점에서 쉽게 풀이)

 

1. VFD(가변주파수 드라이브)의 보편화

  • 과거에는 단순히 모터를 전원에 직접 연결했지만, 요즘은 VFD를 사용하는 설비가 많아요.

 

  • VFD는 유효전력만 전달하고, 무효전력(Q)은 자체적으로 커버해 주는 구조라, 역률이 자연스럽게 좋아집니다.

⚡ 1. 전통적인 모터 구동

  • 유도전동기를 그냥 전원에 직접 연결하면, 모터는 **자기장(자속)**을 만들기 위해 무효전력 Q를 항상 끌어옵니다.
  • 그래서 전원에서 유효전력 P(일하는 힘) + 무효전력 Q(자기장 만드는 힘) 둘 다 공급해야 하고, 전류가 커져서 역률이 낮아집니다.

⚡ 2. VFD가 들어오면?

VFD는 **전력 전자 장치(IGBT 같은 스위칭 소자)**로 이루어져 있는데, 내부 동작은 이렇게 돼요:
  1. AC → DC 변환 (정류부)
    • 먼저 교류 전압을 직류로 바꿉니다. 이때는 DC 링크 커패시터가 버퍼 역할을 해요.
  2. DC → AC 변환 (인버터부)
    • 다시 모터에 맞는 주파수와 전압으로 변환해서 모터에 공급합니다.
    • 여기서 PWM 제어로 전압과 전류를 원하는 위상으로 맞출 수 있어요.

⚡ 3. 무효전력(Q)을 커버하는 원리

  • VFD는 모터 입장에서 보면 필요한 P + Q를 다 공급해 줍니다.
  • 하지만 전원(발전소) 입장에서 보면, VFD는 거의 P만 요구합니다.
  • 왜냐하면 Q 성분은 VFD 내부의 DC 링크 커패시터와 스위칭 동작으로 이미 커버되기 때문이에요.
  • 즉, 무효전력을 멀리서 끌어오지 않고, VFD 내부에서 현지 조달해버리는 겁니다.

🎯 쉽게 비유

  • 전동기 직접 연결: 부모님(전원)이 밥(P)도 주고 국(Q)도 직접 떠줘야 함 → 부모님 힘듦.
  • VFD 사용: 집에 국솥(=VFD 내부 커패시터)이 있어서 국(Q)은 직접 떠먹고, 부모님은 밥(P)만 챙겨주면 됨 → 부모님 부담↓, 효율↑.

✅ 정리

  • VFD는 모터에 필요한 무효전력을 자체적으로 보상해 주기 때문에,
  • 전원에서는 유효전력 P 위주로만 공급하면 되고,
  • 결과적으로 역률이 거의 1에 가까워지고, 전류 부담과 전력손실이 크게 줄어듭니다.

 

 

2. 스위칭 전원장치(SMPS)의 향상

  • 컴퓨터나 자동화 장비 등에 쓰이는 SMPS는 이전보다 **역률 보정 회로(input PF correction)**가 내장된 제품이 많아었어요.

 

  • 이는 비선형 부하에서도 역률이 높게 유지되도록 도와줍니다.

3. 전력회사 요금 정책의 변화

  • 예전엔 역률 벌금이나 패널티가 많았지만, 요즘은 정책이 개선되거나 완화되어, 역률이 낮더라도 큰 제재 없이 운영되는 곳이 많아졌어요.

 

  • 이로 인해 역률을 꼭 높이기보다는 전체 운전 조건과 비용을 고려해 대응하는 추세로 변화하고 있습니다.

4. 모터 자체 효율 및 설계 기술 발전

  • 최근 유도전동기는 원래부터 역률이 개선된 설계로 제작되며, NEMA 디자인 B 같은 모터는 실제 부하에서 역률 0.9 이상을 유지하는 경우도 많습니다.

 

  • 즉, 기본 역률이 좋아서 별도 보정이 필요 없는 경우가 많아졌어요.

요약 정리

  • VFD 덕분에 역률이 자동으로 개선됨
  • SMPS 내부 역률 보정으로 비선형 부하에서도 역률 유지
  • 정책·비용 변화로 강제 보정 빈도 감소
  • 모터 기술 발전으로 기본 역률 자체가 좋아짐

이런 이유들 때문에 지금은 캐패시터 없이도, 혹은 캐패시터는 켜두지만 실제 전류 흐름에는 큰 차이가 없는 경우가 많아진 거예요.

 

역률이 1이 넘어가면 반대로 전기요금이 도리어 올라가는 이유?

 

1️⃣ 역률은 원래 0~1 사이 값

  • 원래는 0~1 사이 값이에요.
  • 1 이상이 된다는 건, 실제로는 ‘진상(leading)’ 역률을 뜻해요. 즉, 캐패시터가 너무 많아 무효전력을 과하게 공급하는 상태예요.

2️⃣ 왜 문제가 되나?

(1) 설비에 불필요한 전류가 흐름

  • 모터는 보통 무효전력(Q, 뒤지는 전류)이 필요해요.
  • 그런데 캐패시터를 너무 많이 달면 **불필요하게 앞서는 전류(leading Q)**가 전력망으로 역류합니다.
  • 이건 발전소나 변전소 입장에서 보면 “필요 없는 전류를 받는 것”이 돼요.

(2) 전력회사 입장: 손실 증가

  • 전력회사는 **유효전력(P)**만큼만 돈을 받고 싶은데, 고객이 **불필요한 무효전력(Q)**을 계속 보내면 전력망에 부담이 커져요.
  • 송전선·변압기에 불필요한 전류가 흐르니까, 회사 입장에서는 손해가 되는 거예요.

(3) 전기요금 정책상 패널티

  • 그래서 전력회사는 역률이 너무 낮아도, 너무 높아도(특히 1을 넘는 진상 상태) 패널티를 줄 수 있어요.
  • 즉, “너무 부족해도 벌금, 너무 과해도 벌금” 구조입니다.
  • 한국전력도 계약 조건에 따라 진상 역률에 대한 추가 요금을 부과하는 경우가 있어요.

3️⃣ 쉽게 비유

  • 역률 1은 딱 맞는 밥과 국을 먹는 상태 🍚🍲
  • 역률이 0.7 같은 건 국(무효전력)이 너무 많아서 부모님(전력회사)이 힘든 상태.
  • 그런데 역률이 1을 넘으면? → 이번엔 국솥을 과하게 들고 와서 부모님에게 억지로 국을 떠먹이는 꼴 😂
  • 결국 부모님이 “이제 그만!” 하고 화내며 벌금을 매기는 거예요.

✅ 정리

  • 역률이 1이 이상적이고,
  • 1보다 크면(진상 역률) 전력망에 불필요한 무효전력이 공급돼서 전력회사에 부담 → 전기요금이 오히려 늘어날 수 있음.
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