전력용 콘덴서의 과보상 문제점과 대책방안

보통 콘덴서라고 하면 역률이 낮은 계통에서 역률을 높혀 무효전력 발생비율을 줄이는 용도로 사용하는 전기설비인데요. 만약, 적정한 수준을 넘어 과하게 보상을 해버리면 어떻게 될까요? 같이 알아보겠습니다.

☞전기요금 절감관련

☞진상과 지상이란, 역률 의미과 개선방법

전력용 콘덴서의 과보상 문제점과 대책방안

1.전력용 콘덴서 (진상 콘덴서)

☞진상콘덴서란, 직렬리액터와 방전코일 역할

콘덴서는 보통 직렬리액터와 방전코일과 같이 구성되어 있습니다.

방전코일은 콘덴서용 차단기가 개방시 콘덴서 본체에 축적된 전하를 방전하여 감전방지 혹은 차단기 투입 시의 과도적인 특이현상을 억제하는 역할을 합니다.

직렬리액터는 콘덴서 투입시 돌입전류와 고조파 전류를 감소하여 파형을 개선하기 위하여 사용하는데요.
부하용량의 6%가량의 리액터 삽입을 하면 단자전압은 약 6.3% 상승하고, 콘덴서 전류도 약 6.3%증가하게 됩니다.
따라서, 콘덴서는 약 13%의 용량이 증가하며 발열이 발생할 수 있기 때문에 주의가 필요합니다.

▶콘덴서 최대사용전류

충전전류 고조파가 포함되어 있는 경우, 그 합성전류의 실효값이 정격전류의 135% 이내라고 규정이 되어있는데요.
콘덴서 전류가 정격전류의 120%이상 흐르는 경우에는 고조파의 영향을 받고 있다고 믿어지므로 이러한 경우에는 다른 기기에 악영향을 줄 것을 고려하여 직렬리액터를 사용할 필요가 있습니다.

2.전력용 콘덴서 과보상 문제점과 대책방안

▶콘덴서의 과보상 문제점

콘덴서는 유도성 회로의 역률 보상으로 변압기 및 선로의 손실감소, 전압강하 개선, 설비용량의 여유도 증가, 전기요금의 감소 등의 효과를 발생시킵니다. 하지만, 과보상시에는 오히려 회로가 용량성이 되면서 다음과 같은 문제점이 발생하게 됩니다.

1. 모선전압의 상승
2. 선로 및 변압기 소실의 증가
3. 고조파의 왜곡 증가
4. 전기요금의 증가
5. 유도전동기의 자기 여자현상 발생(전동기, 콘덴서에 절연성능에 악영향 발생)

※최근에는 고역률 부하가 증가되어 수전용 변압기 무효전력 보상용 콘덴서를 설치한 수용가에서는 오히려 진상역률로 인한 문제로 회로에서 콘덴서를 개방운전하고 있는 경우도 있습니다.

▶콘덴서 과보상 대책방안

그렇다면 이러한 과보상에 대한 대책방안으로는 어떤것이 있는지 아래에서 살펴보겠습니다.

1. 자동 역률 제어방식채택(APFR)
2. 정지형 무효전력 보상장치 채택(SVC 방식)
3. 부하설비에 알맞은 적정한 용량 선정
4. 콘덴서를 부하 말단에 설치하여 부하와 함께 개폐
5. 콘덴서 용량을 전동기 여자용량보다 작은 것으로 선정(통상 마력으로 표시한 전동기 출력의 1/2 ~ 1/3 추천)

3.진상용 콘덴서의 설치 방법

▶수전 모선단에 중앙 집중설치

수전 모선단 중앙에 설치할 경우 관리가 용이하고, 무효전력에 신속 대처할 수 있어 전력요금 등에 대한 절감효과가 있을수 있으나 선로의 개선효과는 기대할 수 없으므로 부하 분산 설치와 병행하여 설치하는것이 바람직합니다.

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▶부하와 중앙에 분산 배치하여 설치

수전 모선단 중앙에 부하와 병행하여 설치하는 방법으로 중앙 집중설치 방법보다 개선효과가 큼

▶부하 말단에 분산하여 설치

가장 효과가 크며 콘덴서 제어가 간편하나 부하에 각각 부설해야 하므로 경제적인 부담이 큰 단점이 있는 방식입니다.

4.전력용 콘덴서 사고원인과 안전관리

▶전력용 콘덴서의 사고원인

콘덴서 자체결함으로 인한 사고발생비율이 높지만 그 밖에 다른 요소들도 무시할 수는 없습니다.
과전압, 고조파, 서지, 주위온도 상승, 사용환경 등 외적인 요인에서도 사고가 발생하는데요.
최근에는 정보통신 기기의 증가와 인버터, UPS등 변환장치 부하의 증가로 인하여 수변전설비의 고조파에 의한 콘덴서 사고가 증가하고 있다고 합니다.

▶콘덴서의 안전관리

안전하게 사용하기위한 콘덴서의 설치위치로는 통풍이 좋은장소, 부식성 가스나 진동이 없는 장소가 좋습니다.
주위온도는 -20 ~ 45℃ (24시간 평균은 35℃이하)로 주위 병설 기기로부터 열의 영향을 받지 않는 장소이어야 합니다.

콘덴서의 기벽온도의 경우 주위온도가 높은 장소에서도 최고온도부(케이스 상면, 단자 간 중앙 또는 케이스의 벽면중앙에서 케이스 높이 상면으로부터 1/4의 곳)에서 70℃ 이하로 하고, 시온 테이프를 첨부하여 온도감시를 하여야 합니다.

콘덴서 케이스는 온도상승에 의한 내압 상승분을 케이스의 팽창에 의해 흡수하고 있기 때문에 10~15mm 정도의 부풀음은 보통이지만, 표준팽창범위를 넘었을 때는 리미트 스위치가 동작하여 경보를 발생하거나 차단기를 개방하도록 하여야 합니다.

5.콘덴서의 점검 포인트

1. 콘덴서 단자전압이 정격전압의 110%이하인지 
2. 콘덴서 회로의 전류가 정격값의 120%이하인지, 초과 시 고조파 측정
3. 주위온도가 -20~45℃ (24시간의 평균은 35℃이하) 이내인지 확인
4. 애자 등 절여물의 오손(건식기기의 경우는 과도한 습도) 여부
5. 외함의 파손, 배부름, 누유, 과열 및 이상소음 여부 확인
6. 콘덴서 배선상태 및 피복 손상 여부 확인
7. 접지선의 설치상태 및 발열, 탈락 여부를 확인
8. 자동 역률 조정장치의 정상동작 여부 확인 및 역률점검

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