페란티 현상 (Ferranti Effect)

페란티 현상 (Ferranti Effect)

페란티 현상(Ferranti Effect)은 장거리 송전선로에서 전력을 받는 쪽인 수전단 전압(Vr)이 전력을 보내는 쪽인 송전단 전압(Vs)보다 오히려 높아지는 현상을 말합니다.

전력을 소비하면서 전압이 떨어지는 것이 일반적이지만, 선로에 부하가 연결되어 있지 않은 무부하 상태이거나 전력 소비가 매우 적은 경부하 상태일 때 이와 같은 역전 현상이 발생합니다.

□ 발생하는 원인

핵심 원인은 송전선로가 가지는 정전용량(Capacitance)과 그로 인해 발생하는 진상 전류(충전 전류) 때문입니다.

정전용량의 증가: 장거리 송전선로나 전선이 땅에 묻혀 있는 지중 케이블에서는 대지(땅)와 전선 사이에 일종의 거대한 배터리(커패시터)와 같은 정전용량(C)이 형성됩니다.

진상 전류 발생: 부하가 적거나 없을 때, 이 정전용량으로 인해 전압보다 위상이 90도 앞서는 진상 전류(Leading current)가 선로에 흐르게 됩니다.

전압 상승: 이 진상 전류가 송전선의 인덕턴스(L) 성분을 통과하면서 전압을 떨어뜨리는 것이 아니라 반대로 전압을 밀어 올리는 방향으로 작용하여, 결과적으로 도착지점의 전압이 더 높아지게 됩니다.

□ 주요 문제점

전력 기기의 절연 파괴: 수전단 측에 예상치 못한 과전압이 지속적으로 가해지면, 변압기나 차단기 내부의 절연물이 빠르게 열화되어 결국 고장이 발생할 수 있습니다.

고조파 발생: 전압이 기준치 이상으로 상승하면 기기 내부의 철심이 포화 상태가 되어 고조파가 발생하고, 전압 파형이 일그러져 전력 품질이 크게 저하됩니다.

□ 방지 대책

페란티 현상은 앞서는 전류(진상 전류) 때문에 발생하므로, 이를 상쇄하기 위해 뒤지는 전류(지상 전류)를 인위적으로 만들어주는 기기를 설치하여 해결합니다.

분로 리액터(Shunt Reactor) 설치: 수전단 쪽에 병렬로 코일 형태의 리액터를 설치하여 과도한 진상 전류를 흡수(상쇄)합니다.

동기 조상기의 부족여자 운전: 전력 계통에 연결된 동기 조상기(무효전력을 조절하는 회전 기기)를 부족여자 상태로 운전하면 리액터와 동일하게 지상 무효전력을 소비하므로 전압 상승을 억제할 수 있습니다.