무효전력

요약 유효전력에 대응하는 말.

교류회로에 흐르는 전류에는 전력의 전송에 기여하는 유효성분과 기여하지 않는 무효성분이 있는데, 이 중 무효성분의 크기와 전압의 크기와의 곱에 비례하는 양을 말한다. 사인파 단상교류를 예로 들어 설명하면, 전압 V(t)=√2 V sin ωt에 대해서 전류는 일반적으로,

    i(t)＝√2 I sin(ωt＋φ) 
        ＝√2 I (sin ωt  × cos φ) + √2 I (cos ωt × sin φ )
        ＝√2 (sin ωt) (I cos φ) + √2 (cos ωt )( I sin φ )
        ＝√2 (sin ωt) (I_γ) + √2 (cos ωt )(I_x)
        ＝√2 I_γ sin ωt＋√2 I_x cos ωt 

로 표현할 수 있다. 단, I²＝I _γ²＋I_x², tan φ＝I_x/I_γ 이다. 이 중V(t)와 √2 I_γ sin wt와는 같은 위상이며, 양자의 곱은 평균값이 V I_γ로 되어 이것이 평균전력이 된다. V(t)와 √2 I_x cos ωt와는 위상(位相)이 90 ° 어긋나 있으며, 양자의 곱은 평균값이 0이 되어 이 동작에서는 전원과 부하 사이에서 에너지를 주고받을 뿐, 평균적으로는 전력을 전하고 있지 않다. 무효전력은 이 V와 I_x의 곱이며, 전력의 단위가 와트(W)인 데 대하여 무효전력의 단위는 바(var:volt-ampere reactive의 약자)라고 한다. 그리고 V와 I의 곱은 피상전력이라 하며, 단위는 볼트암페어(VA)이다. 이것은 등가적(等價的)으로는 일반적인 부하를 저항과 콘덴서(또는 리액터)와의 병렬접속으로 나타낼 수 있으며, 전압과 저항에 흐르는 전류와의 곱이 평균전력, 전압과 콘덴서에 흐르는 전류와의 곱이 무효전력이라고 생각해도 좋다는 것을 나타낸다.

무효전력에는 전류의 위상이 전압의 위상보다 앞서는, 콘덴서를 연결한 경우와 같은 용량성의 무효전력과 반대로 전류의 위상이 늦는 유도성 무효전력이 있으며, 이 양자는 서로 상쇄하는 성질을 가지고 있다. 무효전력이 크면, 피상전력이 큰 데 비해서 송전되는 전력이 작고, 송전손실이나 발전기 ·변압기 등의 손실이 증대해서 불리하게 된다. 그래서 반대의 무효전력으로 상쇄하는 일이 자주 있는데, 이것을 역률(力率:전력/피상전력)의 개선(改善)이라고 한다. 사인파 이외의 전류파형일 때는, 전류파형의 위상이 전압파형의 위상과 어긋나 있는 데 따른 무효전력 외에, 파형이 사인파에서 벗어난 왜곡파인 것에 기인하는 무효전력도 있으며, 이것의 상쇄(相殺)는 이론적으로는 가능하지만 실제로는 곤란하다.