전력계통에서 Ferranti 현상은 왜 발생하나요?

Question

• 전기기사 전력공학을 공부하다 보면 장거리 송전선로나 케이블에서 Ferranti 현상이라는 것이 발생할 수 있다고 배우는데, 무부하 상태에서 오히려 수전단 전압이 송전단 전압보다 높아질 수 있다는 설명이 잘 이해되지 않습니다. 보통은 전압강하 때문에 멀리 갈수록 전압이 낮아질 것 같은데 왜 반대로 전압이 올라가는 현상이 생기는지도 궁금합니다. 특히 송전선 정전용량과 관계가 있다고 하는데, 전선 자체가 왜 콘덴서처럼 동작하는지도 알고 싶습니다. 또한 Ferranti 현상이 실제 현장에서는 어떤 문제를 만들 수 있는지, 그리고 이를 줄이기 위해 어떤 설비를 사용하는지도 자세히 설명 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

페런티현상은 송전선로의 정전용량 때문에 발생하는 충전전류가 전압보다 위상이 앞서면서 수전단 전압을 높이게 됩니다. 무부하일 때는 전압강하보다 이 상승 효과가 커져서 전압이 올라가고 절연 파괴나 계통 사고의 원인이 되기도 해요. 이걸 막으려고 분로 리액터라는 설비를 설치해서 진상 전류를 상쇠시키는 것이 중요한 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.

결론부터 말씀드리면 Ferranti 현상은 장거리 송전선로의 정전용량 효과 때문에 무부하 또는 경부하 상태에서 수전단 전압이 상승하는 현상입니다. 일반적으로 부하가 크면 전류가 흐르면서 선로 임피던스 때문에 전압강하가 발생합니다. 그래서 대부분은 먼 곳일수록 전압이 낮아지는 상황을 떠올리게 됩니다.

하지만 장거리 송전선로는 단순 도선이 아니라 대지와 선로 사이에 정전용량을 가지는 구조입니다. 즉 선로 자체가 긴 콘덴서처럼 동작할 수 있습니다. 특히 고압 송전선로나 지중케이블에서는 이런 정전용량 효과가 더 커질 수 있습니다.

무부하 상태에서는 부하전류는 거의 흐르지 않지만, 선로 충전전류는 계속 존재합니다. 이 충전전류가 선로 리액턴스와 상호작용하면서 수전단 전압을 오히려 상승시키는 현상이 발생할 수 있습니다.

Ferranti 현상이 심해지면 절연 부담 증가와 설비 과전압 문제가 발생할 수 있습니다. 특히 케이블 계통은 정전용량이 크기 때문에 더욱 주의가 필요합니다.

현장에서는 분로리액터를 설치해 진상 무효전력을 흡수함으로써 전압 상승을 억제합니다. 결국 Ferranti 현상은 장거리 고압 송전계통에서 반드시 고려해야 하는 중요한 전압 특성 중 하나입니다.