전력용 콘덴서 내용 정리

​전력용 콘덴서는 전력계통의 안정성과 효율성을 높이는 데 필수적인 설비입니다.

​1. 전력용 콘덴서의 기본 원리와 효과
​전력용 콘덴서는 부하와 병렬로 연결하여 진상 무효전력을 공급함으로써 전력계통의 역률을 개선하는 것을 주목적으로 합니다. 부하에서 발생하는 지상 무효전력을 상쇄시켜 다음과 같은 긍정적인 효과를 가져옵니다.

​역률 개선: 동일한 유효전력을 더 적은 피상전력으로 공급할 수 있게 되어 설비 이용률이 향상됩니다.

​전력 손실 감소: 선로 전류가 감소하여 선로 및 변압기의 동손(I^2R)이 줄어듭니다.

​전압 강하 경감: 선로의 리액턴스 강하(IX_L)가 감소하여 안정적인 전압을 유지하는 데 기여합니다.

​설비 용량 여유 증가: 변압기, 케이블 등의 설비 용량에 여유가 생겨 부하 증설에 유연하게 대처할 수 있습니다.
​전기 요금 절감: 한전의 역률 요금제에 따라 전기 요금을 절감할 수 있습니다.

​2. 전력용 콘덴서의 종류 및 부속 설비
​전력용 콘덴서는 설치 방식에 따라 병렬 콘덴서와 직렬 콘덴서로 나뉩니다.

​병렬 콘덴서 (Shunt Capacitor): 부하와 병렬로 설치하여 역률 개선, 전압 조정 등을 목적으로 사용되는 가장 일반적인 형태입니다.

​직렬 콘덴서 (Series Capacitor): 선로와 직렬로 연결하여 선로의 유도성 리액턴스를 보상하고 전압 강하를 줄이며, 송전 용량을 증대시키는 역할을 합니다.

​콘덴서 설비는 안정적인 운용을 위해 다음과 같은 부속 설비가 필요합니다.

​방전 코일 (Discharging Coil): 콘덴서 개방 시 잔류 전하를 신속하게 방전시켜 인축의 안전을 확보하고 재투입 시 과전압을 방지합니다.

​직렬 리액터 (Series Reactor):
​제5고조파 제거: 콘덴서 투입 시 발생하는 돌입 전류를 억제하고, 계통의 제5고조파를 제거하여 파형 왜곡을 방지합니다. 이론적으로 리액터 용량은 콘덴서 용량의 6%를 적용하여 제5고조파에 대한 공진점을 형성합니다.

​고조파 확대 방지: 비선형 부하에서 발생하는 고조파가 콘덴서로 인해 확대되는 것을 방지합니다.

​보호 장치: 과전압, 저전압, 과전류, 내부고장 등을 검출하여 콘덴서를 보호하기 위한 계전기가 필수적입니다.

​3. 전력용 콘덴서 보호 방식
​전력용 콘덴서는 계통 이상이나 내부 고장으로부터 설비를 보호하기 위해 다양한 보호 계전 방식을 적용합니다.

​과전압 보호 (OVR): 계통의 전압 상승이나 자기 여자 현상 등으로 인한 과전압으로부터 콘덴서를 보호합니다.

​저전압 보호 (UVR): 순시 전압 강하 시 콘덴서가 계통에서 분리되도록 하여 전압 회복 시 발생할 수 있는 과도 현상을 방지합니다.

​과전류 보호 (OCR): 콘덴서 소자 파괴, 모선 단락 등 외부 사고로 인한 과전류를 차단하여 설비를 보호합니다.

​콘덴서 내부 고장 보호:
​Y-결선, 중성점 불평형 방식: 중성점에 CT(Current Transformer)를 설치하여 내부 소자 일부가 파괴되었을 때 발생하는 불평형 전류를 검출합니다.
​H-결선, 상간 전압차 검출 방식: 상간 전압의 불평형을 검출하여 고장을 판단합니다.

​압력 스위치 방식: 유입식 콘덴서 내부 고장 시 발생하는 가스 압력을 이용하여 접점을 동작시킵니다.

​4. 고조파 문제와 대책
​최근 전력전자소자를 이용한 비선형 부하의 증가로 전력계통의 고조파 문제가 심각해지고 있습니다. 전력용 콘덴서는 특정 고조파에 대해 계통의 임피던스와 병렬 공진을 일으켜 고조파 전류를 증폭시키고 전압 왜곡을 심화시키는 원인이 될 수 있습니다.
​고조파가 콘덴서에 미치는 영향:
​과전압 및 과전류로 인한 설비 과열 및 소손
​절연 열화 가속 및 수명 단축
​보호 계전기 오동작

​고조파 대책:
​직렬 리액터 설치: 콘덴서와 직렬로 리액터를 설치하여 특정 고조파에 대한 공진을 회피하고 고조파 유입을 억제합니다.

​수동 필터 (Passive Filter): 특정 차수의 고조파를 제거하기 위해 L-C 필터를 설치합니다.

​능동 필터 (Active Filter): 고조파 전류를 실시간으로 감지하여 반대 위상의 보상 전류를 주입함으로써 고조파를 상쇄시킵니다.
​고조파 내량이 큰 기기 선정: 설계 단계에서부터 고조파에 대한 내력이 강화된 콘덴서 및 관련 기기를 선정합니다.
​전력용 콘덴서는 단순한 역률 개선 장치를 넘어 계통의 안정성과 신뢰도에 직접적인 영향을 미치는 중요한 설비입니다.
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