전기안전관리_016_수배전설비 - 전력용 콘덴서

1. 콘덴서 (SC : Static Capacitor)의 개요

일반적으로 빌딩이나 공장 등에서 사용되는 부하는 지상 무효전력을 발생하게 되는데, 전력용 콘덴서는 진상무효전력을 발생시킴으로써 부하의 지상 무효전력을 감소시키고 역률을 개선하는 기기이다.

 

1) 전력용 콘덴서 설비의 구성

(1) 전력용 콘덴서 설비는 콘덴서 및 직렬리액터와 방전코일로 구성된다.

(2) 방전코일은 콘덴서용 차단기가 개방시 콘덴서 본체에 축적된 전하를 방전 (고압 : 5초 이내 50V 이하, 저압 : 3분 이내 75V 이하) 하여 감전방지나, 혹은 차단기 투입시의 과도적인 특이현상을 억제 한다.  

(3) 직렬 리액터는 콘덴서 투입시 돌입전류와 고조파 전류를 감소시켜 파형을 개선하기 위하여 사용한다. 6% 리액터 삽입에 의해 콘덴서 단자전압은 약 6.3%상승하고, 콘덴서 전류도 약 6.3% 증가한다. 따라서 콘덴서는 약 13%의 용량이 증가하는 것이 되므로 큐비클 내의 발열에 주의가 필요하다.

(4) 콘덴서의 최대 사용전류는 그 충전전류 고조파가 포함되어 있는 경우, 그 합성전류의 실효값이 정격전류의 135%이내라고 규정되 있다. 콘덴서 전류가 정격전류의 120% 이상 흐르는 경우에는 고조파의 영향을 받고 있다고 믿어지므로 이러한 경우에는 다른기기에 악영향을 줄것을 고려하여 직렬리액터를 사용할 필요가 있다.

 

2) 전력용 콘덴서의 용량을 구하는 방법

소요 콘덴서 용량 Qc [kVA]는 아래 식과 같이 유도성 부하용량[kW]에 따라서 산출된다.

- 수전 변압기 용량에 따라 산정

변압기 용량 [kVA]	콘덴서 용량 [kVA]
500 이하	변압기 용량 X 5%로 콘덴서 용량 결정
500 ~ 2,000	변압기 용량 X 4%로 콘덴서 용량 결정
2,000 이상	변압기 용량 X 3%로 콘덴서 용량 결정

 

2. 진상용 콘덴서의 과보상 문제점과 대책

1) 진상용 콘덴서의 과보상 문제점

콘덴서는 유도성 회로의 역률 보상으로 변압기 및 선로의 손실이 감소, 전압강하 개선, 설비용량의 여유도 증가, 전기요금의 감소 등의 효과가 발생되나, 과보상시 회로가 용량성이 되면 다음과 같은 문제점이 발생하므로 대책이 필요하다.

- 모선전압상승

- 선로 및 변압기 손실 증가

- 고조파의 왜곡 증가

 

- 전기요금의 추가

① 09 ~ 23 시 까지 : 지상역률에 대한 요금의 추가 또는 감액

구분	기준
고압 고객	30분 단위의 역률을 1개월간 평균하여 계산된 값이 90%에 미달하는 경우에는 역률 60%까지 미달하는 매 1%당 기본요금의 0.5%씩 추가하고, 90%를 초과하는 경우에는 역률 95%까지 초과는 매 1%당 기본요금의 0.5%씩 감액 (단, 30분 단위의 역률이 95% 초과 시 역률은 95%로 간주함)
저압 고객	1개월간 평균 역률에 대하여 고압고객과 동일한 기준으로 기본요금을 추가하거나 감액

② 23 ~ 다음날 09시 까지 : 진상역률에 대한 요금의 추가

구분	기준
고압 고객	30분 단위의 역률을 1개월간 평균하여 계산된 값이 95%에 미달하는 경우에는 역률 60%까지 미달하는 매 1%당 기본요금의 0.5%씩 추가 (단, 30분 단위의 역률이 지상역률인 경우 역률 100%로 간주)
저압 고객	저압고객과 원격검침이 되지 않는 고압고객은 진상역률 적용제외

 

- 유도전동기의 자기여자 현상 발생 (전동기 , 콘덴서에 절연성능에 악영향 발생)

- 최근에는 고역률 부하가 증가되어 수전용 변압기 무효전력 보상용 콘덴서를 설치한 수용가에서 진상역률로 인하여 문제가 발생하여 콘덴서를 회로에서 개방 운전하고 있다. 

 

2) 진상용 콘덴서의 과보상 대책

(1) 자동 역률 제어 방식채택 (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 적은 것으로 한다. (통상 마력으로 표시한 전동기 출력의 1/2 ~ 1/3 추천)

 

정지형 무효전력 보상장치 적용, 이점,구성, 설계

 

3. 진상용 콘덴서의 설치 방법

1) 수전 모선단에 중앙 집중설치

수전 모선단 중앙에 설치할 경우 관리가 용이하고, 무효전력에 신속 대처할 수 있어 전력요금 등에 대한 절감 효과가 있을 수 있으나 , 선로의 개선효과는 기대할 수 없으므로 부하 분산 설치와 병행하여 설치하는 것이 바람직 하다. 

 

2) 부하와 중앙에 분산 배치하여 설치

수전 모선단 중앙에 부하와 병행하여 설치하는 방법으로 중앙 집중 설치 방법보다 개선효과가 크다

 

3) 부하 말단에 분산하여 설치

가장 효과가 크고, 콘덴서 제어가 간편하나 부하에 각각 부설해야 하므로 경제적인 부담이 크다.

설치 구분	경제성	유지보수	효과
고압 모선에 설치	大	大	小
고압측과 부하에 분산하여 설치	中	中	中
부하말단 (저압측 전동기 등)에 분산설치	小	小	大

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4. 전력용 콘덴서 사고원인과 안전관리

1) 전력용 콘덴서의 사고원인

(1) 전력용 콘덴서의 사고 원인은 콘덴서 자체의 결함에 의한 원인 이외에 과전압, 고조파, 서지의 침입, 주위온도의 상승, 사용환경 등 외적인 요인에 의해서 사고가 많이 발생한다. (고장시에는 큰 폭발력으로 인명의 피해 우려)

 

(2) 특히 최근에는 정보통신 기기의 증가와 인버터, UPS 등 변환장치 부하의 증가로 인하여 수변전설비의 고조파로 인한 콘덴서의 사고가 증가하고 있어서 이에 대한 대책이 필요하다.

 

2) 전력용 콘덴서의 안전관리

(1) 콘덴서의 설치위치는 통풍이 좋은 장소, 부식성 가스나 진동이 없는 장소에 설치한다

 

(2) 주위온도는 -20 ~ 45℃ (평균 35℃ 이하)로 주위 병설 기기로부터 열의 영향을 받지 않는 장소에 설치한다.

 

(3) 콘덴서의 기볍 온도는 주위온도가 높은 장소에서도 최고온도부 (케이스 상면, 단자간 중앙 또는 케이스의 벽면중앙에서 케이스 높이 상면으로부터 1/4의 곳)에서 70℃  이하로 하고, 시온 테이프를 첨부하여 온도감시를 한다.

 

(4) 콘덴서의 케이스는 온도상승에 의한 내압 상승분을 케이스의 팽창에 의해 흡수하고 있기 때문에 10~15 mm 정도의 부풀음은 보통이나 표준팽창 범위를 넘었을 때 리미트 스위치가 동작하여 경보를 발생하거나 차단기를 개방하도록 한다.

 

(5) 콘덴서 변형원인

- 주위온도 과대

- 제작결함 및 내부이상

- 고조파 전류 유입

- 과전압

- 외력에 의한 외함 손상

 

(6) 팽창도의 표준

콘덴서 용량 [kVA]	부풀음 값 [mm]
10 ~ 30	15
50	20
75 ~ 100	25
150 이상	30

 

5. 전력용 콘덴서의 점검 포인트

1) 콘덴서 단자전압이 정격전압의 110% 이하 측정 점검

2) 콘덴서 회로의 전류가 정격값의 120% 이하 측정 점검 및 초과시 고조파 측정

3) 주위온도가 -20 ~ 45℃  (평균 35℃  이하) 이내 확인 점검

4) 애자 등 절연물의 오손 (건식기기의 경우는 과도한 습도) 점검

5) 외함의 파손, 배부름, 누유, 과열 및 이상소음 여부를 점검

6) 콘덴서 배선상태 및 피복 손상 여부를 점검

7) 접지선의 설치상태 및 발열, 탈락 여부를 점검

8) 자동 역률 조정장치의 정상동작 여부를 확인하고 역률 확인

 

6. 전력용 콘덴서의 점검 요령 및 판단기준

점검 항목	점검 방법	점검요령	점검 주기	판단기준
기름 누설	육안 검사	- 본체에 기름으로 더러워진 곳은 없는가 - 기기 하부에 기름으로 더러워진 곳은 없는가	1회 / 주	- 기름이 부착한 부분을 한번 닦아내고 그 후도 기름으로 더렵혀지는 경우
이상음, 소음	청각 검사	- 통상 운전 중에 충격음 등의 이상음은 없는가 - 평상시에 비해 갑자기 크게 느끼는 일은 없는가
주위 온도	온도계	- 주위온도가 비정상으로 높지 않은가		- 주위온도가 40℃  이상이 되는 경우
전류계 지시	전류계	- 전류계의 지시가 과대해지지 않는가 - 삼상이 평형되어 있는가 - 지시에 이상한 변동은 없는가		- 전류계 지시가 정격치의 120%를 초과하는 경우 (통상정격의 110%정도가 흐른다) - 각 상간의 불평형이 삼상 평균치에 대해서 20% 이상이 되는 경우
전압계 지시	전압계	특히 경부하시에 있어서 모선전압이 과대해지지 않은가		모선전압이 정격전압의 109% 이상이 되는 경우 (직렬리액터 L=6%인 경우, L=13%인 경우는 115% 이상이 되는 경우)
보호장치 의 동작	육안 검사외
단자부 이완	더조임	- 단자부의 과열은 없는가 - 변색되어 있는 곳은 없는가 - 단자부분에서 기름 누설은 없는가	1회 / 년
단자부 과열	육안 검사	- 변색되어 있지 않은가 - 애자 상부로 부터의 누설은 없는가		- 90도가 한도 - 다른 곳과 비교하여 단자부의 색이 다른 경우
기름 누설	육안 검사	- 애자부분 - 용접개소 - 유량조정장치 커버 밖으로의 번짐		- 기름이 부착된 부분을 한번 닦아냈는데, 그 후에도 기름으로 더러워지는 경우
애자 손상	육안 검사	- 애자의 파손은 없는가 - 애자부분에 기름이 부착되어 있지 않은가
용기등의 녹발생	육안 검사	- 단자부에 녹이 생긴 곳은 없는가 - 용접개소에 녹이 생긴 곳은 없는가
이상한 냄새	후각 검사			- 타는 냄새가 나는 경우
기기 온도	온도계	- 시온라벨을 사용하면 편리
보호장치 동작	육안 검사	- 단자대의 녹발생 - 리드선의 체부 상태		- 직렬리액터의 온도가 85℃ 를 초과하는 경우 - 과거의 데이터에 비해 급변한 경우
절연저항 측정	절연 저항계	- 주회로와 외함 또는 대지간 - 애자를 청소한 후에 실시한다		- 저압용은 100MΩ 이하의 경우 - 과거에 데이터에 비해 급변한 경우 - 고압은 1,000MΩ 이상

 

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