전력용 콘덴서는 역률이 나쁜 유도성 부하에 설치하여 전압 변동 및 전력 손실 감소에 기여하는 전기 설비이다.
전력용 콘덴서의 효과부터 설치 방법 등 자세히 알아보도록 한다.
전력용 콘덴서 설치 효과
1) 전기 요금 절감
가정, 공장 등의 수용가에서 사용 부하의 역률을 개선한 경우 전력 손실이 감소되고 발전기 고효율 운전 등의 합리적인 설비 운용이
가능하므로 한전과 같은 전력회사에서는 수용가의 역률 개선 촉진을 목적으로 역률 90%를 기준으로 전기 요금을 할인한다.
2) 전압 강하 감소
역률 개선시 무효전류가 감소되어 전압 강하가 감소된다.
3) 배전선 및 변압기 손실 감소
역률 개선시 선로에 흐르는 전류가 감소되어 변압기, 배전선의 선로 손실이 감소된다.
4) 설비용량의 여유분 증가
역률 개선시 피상전류가 감소하므로 변압기에 통과하는 피상전력이 감소하여 그만큼 용량에 여유가 생긴다.
전력용 콘덴서 설치 방법에 따른 장•단점
1) 고압측에 설치하는 방법
- 장점 : 관리가 용이하다, 무효전력에 신속하게 대응이 가능하다, 경제적이다
- 단점 : 부하 역률개선 효과가 작다
2) 고압측과 부하에 분산하여 설치하는 방법
- 장점 : 고압측 단독 설치의 경우 보다 역률 개선 효과가 크다
- 단점 : 고압측 단독 설치의 경우 보다 설치비가 증가한다
3) 말단 부하에 분산하여 설치하는 방법
- 장점 : 역률 개선 효과가 가장 크다
- 단점 : 경제적 부담이 크다
고압 및 특고압 전력용 콘덴서 설치 기준
1) 각각의 부하에 고압 및 특고압 전력용 콘덴서를 설치하는 경우
- 전력용 콘덴서의 용량은 부하의 무효분보다 크게 설치해서는 안된다
- 전력용 콘덴서는 본선에 직접 접속하고 특히 전용의 개폐기, 퓨즈, 유입차단기 등을 설치해서는 안된다
이 경우, 콘덴서에 이르는 분기선은 본선의 최소 굵기보다 적게 해서는 안된다
다만, 방전 장치가 설치된 콘덴서에는 개폐기, 차단기를 설치할 수 있으나 평상시 개폐하지 않음을 원칙으로 해야 하며 COS(Cut Out Switch)를 설치할 경우는 아래의 기준을 따라야 한다 - 고압 : COS에 퓨즈를 삽입하지 않고 단면적 6SQ 이상의 나동선으로 직결한다
- 특고압 : COS에 퓨즈를 삽입하며, 콘덴서 용량별 퓨즈 정격은 정격전류의 200% 이내의 것을 사용한다
2) 각각의 부하에 공용의 고압 및 특고압 전력용 콘덴서를 설치하는 경우
- 전력용 콘덴서 용량에 따라 300kVA 이하는 1군, 600kVA 이하는 2군, 600kVA를 초과하는 경우 3군 이상으로 분할하고, 부하의
변동에 따라 접속된 콘덴서의 용량을 가변할 수 있도록 한다 - 콘덴서 회로에 전용의 차단기(과전류 트립 코일 설치)를 설치해야 한다
다만, 콘덴서 용량이 100kVA 이하인 경우 유입개폐기 또는 인터럽트 스위치, 50kVA 미만인 경우 COS를 직결하여 사용할 수 있다 - 전력용 콘덴서 설치 장소 : 가연성유 봉입의 고압 진상 콘덴서를 설치하는 경우 가연성의 벽, 천장 등과 1m 이상 이격하여 설치하는 것이 바람직하다. 다만, 내화성 물질로 콘덴서와 조영재 사이를 격리하여 시설한 경우는 예외이다
전력용 콘덴서 개폐현상
1) 콘덴서 투입시 현상
투입 시 전류 위상에 따라서 큰 돌입전류가 흐른다. 일반적으로 콘덴서 용량의 6%인 직렬 리액터가 설치되므로 최대 돌입전류는 약 5배, 주파수는 약 4배가 된다. 그러므로 콘덴서 회로에 직렬 리액터의 설치는 필수이다.
2) 콘덴서 개방 시 현상
콘덴서에는 단자 전압에 비해 90° 앞선 진상 전류가 흐르고 있어 콘덴서 개방 시 전류 영점에서 최대 전압값 사이의 잔류 전압이 존재한다. 그러므로 개방 후 개폐기의 극 전압은 개방 순간의 극간 전압은 낮지만 반사이클 경과 후 2배 이상의 높은 전압이 나타나므로 개폐기의
극간은 이와 같은 회복 전압에 견뎌야 한다. 잔류 전압은 재투입시 콘덴서에 이상 과전압이 발생하거나 점검 시 감전의 위험이 있으므로
전용의 방전 장치를 설치해야 한다.
전력용 콘덴서 회로의 부속기기
1) 방전 코일(DC : Discharging Coil)
콘덴서 회로 분리시 잔류 전하에 의한 감전 위험의 방지와 재투입 시 콘덴서에 걸리는 과전압 방지를 위해 설치한다. 고압용은 개로 후 5초 이내에 50V 이하로 저하, 저압용은 3분 이내에 75V 이하로 저하시키는 능력이 있어야 한다
2) 직렬리액터(SR : Series Reactor)
대용량 콘덴서 설치시 고조파 전류에 의해 파형이 일그러진다. 이러한 파형의 개선을 위해 전력용 콘덴서와 직렬로 리액터를 설치한다
전력용 콘덴서 자동제어 방식
1) 특정부하의 개폐신호에 의한 제어
- 제어가 간단하며 값이 가장 저렴하다
- 특정 변동 부하 이외의 부하 무효 전력이 거의 일정한 곳에 적용 가능하다
2) 프로그램 제어
- 값이 저렴하다
- 시판되는 다양한 타이머와의 조합이 가능하다
- 부하 변동 패턴이 거의 일정한 곳에 적용 가능하다
3) 모선 전압 제어
- 한전 등 전력회사에서 많이 채택하는 제어 방법이다
- 전압강하 억제를 목적으로 한다
- 전원 임피던스가 커서 전압 변동이 큰 계통에 적용 가능하다
4) 부하 전류 제어
- 말단 부하의 역률 개선에 적합하다
- 전류의 크기와 무효 전력 간 관계가 일정한 곳에 적용 가능하다
5) 수전점 무효 전력 제어
- 순간적인 부하 변동에 추종하지 않도록 고려해야 한다
- 부하 변동 패턴에 관계없이 적용 가능한 제어 방법이다
- 모든 변동 부하에 적용 가능하다
6) 역률 제어
- 같은 역률에서도 부하의 용량에 따라 무효 전력이 다르므로 이것에 대한 판정 회로가 필요하다
- 모든 변동 부하에 적용 가능하다
7) 자동 역률 조정기(Auto-Power Factor Control Relay)
CT, PT를 통해 선로에 흐르는 전류 및 전압을 측정하여 PC에 입력하고, 스위칭 프로그램된 출력 신호는 운전회로를 통해 소형 릴레이를 동작시켜 전력용 콘덴서의 개폐기를 제어하는 방식이다
