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역률과 역률 개선 콘덴서 기초 — kW·kVA·kvar 와 콘덴서 용량

역률이 무엇이고 낮으면 왜 전류가 커지는지, 콘덴서 용량(kvar) = kW × (tan φ1 − tan φ2) 계산과 µF 환산, 모터에 직접 달 때 주의, 전력 미터에서 역률 읽기까지.

이 글에서 쓰는 도구Modbus Master 윈도우 프로그램 · 무료역률 개선 콘덴서 계산기 웹 · 설치 없음3상 전력 계산기 웹 · 설치 없음

전력 미터나 설비 자료에서 «역률 0.85» 같은 숫자를 봅니다. 역률은 같은 일을 하는 데 전류가 얼마나 더 흐르는지를 나타냅니다. 역률이 무엇인지, 콘덴서로 어떻게 올리는지, 용량은 어떻게 계산하는지를 정리합니다.

kW·kvar·kVA 와 역률

전선·차단기·변압기는 전류로 정해지므로 같은 kW 라도 역률이 낮으면 더 큰 설비가 필요합니다. 100 kW 를 3상 400 V 에서 쓰면 역률 1 에서 144 A, 0.8 에서 180 A, 0.75 에서 192 A 입니다.

모터의 역률

ABB Motor guide(§4.10)에 따르면 모터의 역률은 보통 0.7~0.9 이고, 작은 모터일수록 낮고 큰 모터일수록 높습니다. 부하가 줄면 역률도 떨어집니다 — 같은 문서의 표에서 정격 역률 0.85 인 모터는 3/4 부하에서 0.81, 1/2 부하에서 0.72, 1/4 부하에서 0.54 입니다. 그래서 모터가 많은 설비는 전체 역률이 낮아지고, ABB 는 전력 회사가 설비의 역률을 높이라고 요구하기도 한다고 적습니다.

콘덴서로 역률 올리기

유효 전력 100 kW 를 밑변으로 한 전력 삼각형: 개선 전 무효 전력 88.2 kvar·피상 전력 133.3 kVA, 콘덴서 55.3 kvar 로 무효 전력이 32.9 kvar 로 줄어 피상 전력 105.3 kVA
100 kW 부하를 역률 0.75 에서 0.95 로. 콘덴서가 무효 전력만 55.3 kvar 줄이고 유효 전력은 그대로입니다.

콘덴서는 모터와 반대 방향의 무효 전력을 내므로, 병렬로 달면 전원에서 가져오는 무효 전력이 줄어듭니다. ABB Motor guide 도 «무효 전력을 흡수하는 콘덴서를 전원에 이어 역률을 높인다» 고 적습니다. 유효 전력은 그대로이고 피상 전력·전류만 줄어듭니다.

Qc (kvar) = P (kW) × (tan φ1 − tan φ2)
tan φ = √(1 − cos²φ) ÷ cos φ

100 kW, 0.75 → 0.95:  tan φ1 = 0.882, tan φ2 = 0.329
Qc = 100 × 0.553 = 55.3 kvar
선 전류(3상 400 V): 192.5 A → 151.9 A

ABB Motor guide 표 4.7 은 이 tan φ1 − tan φ2 를 «상수 K» 로 표로 줍니다(보상 전 0.50~0.90 → 보상 후 0.80·0.85·0.90·0.95). 모터에 달 때는 Q = K × P ÷ η 로, 축 출력 P 를 효율 η 로 나눈 입력 전력에 K 를 곱합니다.

kvar 를 µF 로

콘덴서 하나: C = Q × 1000 ÷ (2π × f × U²)   [F]   (Q 는 그 콘덴서의 kvar, U 는 그 콘덴서에 걸린 전압)

3상 Δ 결선: 콘덴서 3개, 각각 Qc ÷ 3, U = 선간 전압
3상 Y 결선: 콘덴서 3개, 각각 Qc ÷ 3, U = 선간 전압 ÷ √3  → Δ 의 3배 용량

55.3 kvar, 400 V, 50 Hz, Δ: 18.4 kvar → 약 367 µF × 3

ABB Motor guide 는 50 Hz 에서 C = 3.2 × 10⁶ × Q ÷ U² 를 적습니다. 3.2 × 10⁶ 은 10⁹ ÷ (2π × 50) ≈ 3.18 × 10⁶ 을 반올림한 것으로, Q 를 kvar·U 를 V 로 넣으면 µF 가 나옵니다. 같은 콘덴서는 60 Hz 에서 kvar 가 50 Hz 의 1.2배가 되므로 주파수를 꼭 맞춥니다.

모터에 직접 달 때 주의 (ABB Motor guide §4.10)

지상·진상과 목표 역률

모터처럼 전류가 전압보다 늦는 상태를 지상(lag), 콘덴서가 너무 많아 전류가 앞서는 상태를 진상(lead)이라 합니다. 목표를 1.0 에 가깝게 잡을수록 필요한 kvar 가 빠르게 늘고, 부하가 줄었을 때 진상이 되기 쉽습니다. 부하가 바뀌는 설비는 여러 단을 켜고 끄는 자동 역률 조정 장치를 쓰는 경우가 많습니다. 전력 회사의 역률 기준·요금 조항은 계약마다 다르므로 계약서·공급 약관을 확인합니다(이 글은 약관 원문을 확인하지 않아 수치를 싣지 않습니다).

전력 미터에서 역률 읽기

PortDock 에서는

작성 2026-10-23