페란티 효과 (Ferranti Effect)
쉽게 풀면
보통은 전선을 길게 끌고 가면 전압이 떨어진다고 생각하기 쉽지만, 장거리 송전선에 부하가 거의 걸려 있지 않으면 반대로 끝단 전압이 더 올라갑니다. 송전선과 대지 사이에 생기는 정전용량을 통해 앞서가는 전류가 흐르고, 이 전류가 선로의 인덕턴스를 지나며 전압을 끌어올리기 때문입니다. 선로가 길수록, 부하가 가벼울수록 이 상승이 뚜렷해집니다.
왜 중요한가
심야처럼 수요가 적은 시간대나 신설 선로를 처음 충전할 때 실제로 발생해, 절연 설계 한계를 넘는 과전압으로 설비를 위협할 수 있습니다. 특히 지중 케이블은 정전용량이 가공선보다 훨씬 커서 짧은 거리에서도 문제가 되며, 이를 억제하기 위한 분로리액터 설치 용량 산정이 계통 계획의 실무 과제가 됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
정전용량이 만드는 전압 상승을 인덕턴스를 더해 상쇄하는 표준적 대책입니다.
조금 더 깊게 보면
송전선을 분포정수 회로로 보면 무부하 조건에서 수전단 전압과 송전단 전압의 비는 전파상수와 선로 길이로 결정되는 코사인 함수의 역수 형태가 되어, 길이가 길어질수록 1보다 큰 값이 커집니다. 근사적으로는 선로 길이의 제곱에 비례해 전압 상승률이 커지며, 주파수가 높아지거나 대지 정전용량이 클수록 심해집니다. 대책으로는 분로리액터를 수전단이나 선로 중간에 설치해 진상 무효전력을 흡수하고, 필요하면 정지형 무효전력 보상장치로 부하 변동에 따라 연속적으로 조절합니다. 선로 투입 순서를 조절하는 운전 절차도 함께 사용됩니다.
주의할 점
페란티 효과는 선로의 정전용량이 만드는 정상 상태 현상이므로, 개폐 순간에 나타나는 개폐 과도현상이나 여자돌입전류와는 원인과 시간 규모가 다릅니다.