앞선 포스팅에서 진상과 지상이라는 개념에 대해서와 역률이 가지는 의미에 대해서 알아보았는데요. 이번에는 역률개선과 밀접하게 연관되어있는 이 진상콘덴서에 대해서 좀 더 자세히 알아보고 직렬리액터와 방전코일의 역할은 무엇인지도 확인해보겠습니다.
목차
진상콘덴서란, 직렬리액터와 방전코일의 역할
1.진상콘덴서란
진상콘덴서(Condenser)란 지상의 위상을 앞서게만들어 전압의 위상에 가깝게 만들어주는 역할을 하는 콘덴서입니다.따라서 진상콘덴서(SC)는 설비의 무효전력을 저감시켜 상대적으로 유효전력의 비율을 늘려주어서 역률을 개선시키는 전기설비입니다.
1-1)진상콘덴서의 설치
이러한 진상콘덴서는 일반주택에는 설치하지 않으며 공장과 같은 유도성부하가 많은 곳에 설치를 하게 됩니다.
1-2)필요한 진상콘덴서의 용량을 구하는 방법
예) 설비의 부하용량이 50kW이며 역률이 0.8이라고 했을때 목표역률인 0.95까지 개선시키기 위해 필요한 콘덴서의 용량은?
위의 공식을 이용하면 개선시키기 위해 필요한 콘덴서의 용량[kVA]를 구할수 있습니다. 공식을 적용해보면
약 21.07[kVA]의 콘덴서 용량의 값이 나오며 이 값이 곧 역률을 0.95까지 개선시키는데 필요한 콘덴서의 용량이 되겠습니다.
※진상콘덴서 설치의 장단점
●장점
①변압기 동손감소
②선로 손실 경감
③공급 설비용량의 여유도 증가
④전압강하, 전압변동률 개선
⑤전력요금 경감(부하의 역률 개선)
●단점
①3고조파 및 5고조파 발생
②페란티현상 발생(송전단 보다 수전단의 전압이 높아지는 현상)
③이상전압 발생(기기회로에 이상현상 발생)
<병렬콘덴서와 직렬콘덴서>
위에서 언급했던 역률개선용인 진상콘덴서는 ‘병렬콘덴서’에 해당하며 전압강하보상용으로 ‘직렬콘덴서’라는것을 따로 사용합니다.
직렬콘덴서는 주로 송전선로의 단계에서 전압강하 e를 낮추기 위해서 사용을 하는데요. 선로의 주 성분인 유도성 리액턴스(L)를 직렬콘덴서가 용량성 리액턴스(C)의 성분으로 보상을 해주며 전압강하를 낮춰주는것이죠.
2.직렬리액터와 방전코일의 역할
2-1)직렬리액터란
직렬리액터(Series Reactor)란 전기기기와 직렬로 연결하여 기기로 흐르는 전류를 감소시켜주는 역할의 설비를 말합니다.
이 직렬 리액터(SR)는 진상 콘덴서와 세트로 설치가 되는데, 이때의 역할은 주로 돌입전류와 고조파를 억제해주는 용도로 사용이 됩니다.
(진상 콘덴서만 있을 경우 고조파가 증폭돼버리는 현상이 있기 때문에 직렬리액터를 추가로 설치함으로써 공진현상을 방지합니다.)
<직렬리액터의 돌입전류와 고조파억제효과>
①돌입전류 억제의 목적 : 진상콘덴서를 투입하면 정격 전류의 수십배의 돌입전류가 흐르게됩니다. 이 돌입전류는 퓨즈의 용단 또는 이상 전압 보호 계전기가 오동작을 일으킬수도 있기 때문에 직렬리액터를 설치를 하게됩니다. 이는 돌입전류를 5~10배정도 억제하는 효과를 가집니다.
②고조파에 대한 대책 : 진상콘덴서는 고조파를 증폭시키는 현상이 있습니다. 이 이유는 전원 측의 유도성 리액턴스와 진상콘덴서의 용량성 리액턴스가 병렬로 연결되어 있기에 공진작용에 의함이니다. 따라서 이것에 대한 대책으로 직렬리액터를 설치함으로써 공진 현상을 방지하게 됩니다.
<직렬리액터의 용량 선정>
직렬리액터는 일반적으로 진상콘덴서 용량의 6% 정도로 선정이 됩니다.
이때, 제 5고조파가 많이 나타나면 4%이상, 제 3고조파가 많은경우에는 약 13%정도의 직렬리액터를 설치하면 효과가 있습니다.(13%정도의 리액터를 설치하게 된다면 단자전압이 상승하게 될 수도있기에 주의하여야 합니다.)
※직렬리액터의 소음
직렬리액터의 구조는 철심에 공극을 두는 방법으로 제작이 되었기에 기본적으로 약간의 진동과 같은 떨림의 소음이 발생합니다.
이러한 소음을 낮추기 위해서 리액터에 고무패드를 사용하기도 합니다.
하지만, 리액터 동작시에 허용전류값 이하와 적정한 온도를 유지한다면 크게 문제가 없기 때문에 안심해도 됩니다.
2-2)방전코일이란
콘덴서는 일반적으로 양극판에 전하를 충전하는 장치입니다. 콘덴서를 계속 켜놓다고 OFF를 하게된다면 충전되어있는 전하는 계속해서 콘덴서에 유지가 되고 있는데, 이러한 잔류전하를 방전시키기 위한것이 이 방전코일(Discharge Coil)입니다.
방전코일이 있음으로써 콘덴서의 잔류전하를 방출하게 되고 감전사고를 막을 수 있는것이죠.
이러한 코일 (DC)은 방전능력이 크고 부하가 자주 변하여 콘덴서의 투입이 빈번하게 일어나는곳에 주로 적용하며, 5초 이내 50V 이하로 방전하도록 설치하는 규정이 있습니다 (KS C 4805)
3.진상콘덴서와 직렬리액터,방전코일의 모습
이러한 콘덴서와 리액터 및 코일은 어떻게 구성되어있는지 실제 배전반 내부의 모습을 보면서 확인해보겠습니다.
위와 같이 진상콘덴서와 직렬리액터는 ‘직렬’로 연결되어있으며 방전코일은 병렬로 연결이 되어있습니다.
이 곳의 전기도면으로는 위처럼 표시가 되어있는것을 볼 수 있습니다.
이 곳 S.C배전반의 진상콘덴서는 위와 같은 디지털 역률제어기에 의해서 ON, OFF를 할 수 있습니다.
역률이 95미만으로 떨어지게 되면 콘덴서가 동작되게 설정을 한 상태입니다.
따라서, 자동으로 역률이 설정값이하로 낮아지게되면 콘덴서에 지정한 시간만큼 전원이 투입되며 일정 시간후 다시 꺼지는 방식이죠.
이렇게 진상콘덴서가 무엇인지, 역할과 역률개선시에 필요한 콘덴서 용량구하는 방법과 직렬리액터 및 방전코일에 대해서 알아보았습니다.
