콘덴서 개폐서지

개념 정의

콘덴서 개폐서지는 콘덴서 뱅크나 무부하 선로를 투입·차단할 때 생기는 과도 진동형 이상전압이다.

쉽게 말해 콘덴서와 인덕턴스에 저장된 에너지가 한꺼번에 풀리며 순간적으로 전압이 튀는 현상이다.

개폐서지는 투입서지와 개방서지로 나눈다.

개방서지 발생 과정

개방서지는 진상 소전류를 차단할 때 생기며, 차단 순간 선로단에 전원 최대전압 Vm이 잔류한다.

차단 후 반주기가 지나면 차단기 극간에 약 2Vm의 전압이 걸린다.

이때 절연회복이 부족하면 재점호가 일어나고, 과도 진동으로 최대 3Vm의 이상전압이 생긴다.

재점호가 연속되면 3Vm, 5Vm, 7Vm으로 높아진다. 실제 계통은 저항과 코로나가 감쇠해 이보다 낮다.

투입서지와 개방서지 비교

두 서지는 발생 조건과 크기가 달라서 표로 비교해 두면 답안 구성에 도움이 된다.

투입서지는 무부하 선로 투입 때 생기며, 크기가 제한적이어서 실무에서 문제가 되는 경우가 적다.

반면 콘덴서 뱅크 개방서지는 차단 직후 선로단이 최대 전압으로 충전돼 절연 설계의 기준이 된다.

그러므로 개방서지 대책의 핵심은 재점호 자체를 막는 것이다.

대책과 한계

대책은 투입서지와 개방서지에 따라 달리 적용한다.

투입저항은 수백 Ω의 저항을 넣은 뒤 주접점을 투입하는 방식이다.

동기투입은 각상 전압이 0° 근처일 때 투입하는 방식이다.

개방서지는 재점호 억제와 서지흡수기를 함께 적용하는 것이 일반적이다.

각 대책은 한계가 있으므로 적용 조건을 함께 쓴다.

계산 예제

22.9kV 계통에서 콘덴서 뱅크가 진상 소전류를 차단하는 경우를 가정해 계산해 본다.

선간전압을 √3으로 나누면 대지전압 실효값은 약 13.2kV다.

대지전압 최대값은 √2를 곱해 약 18.7kV이고, 3Vm은 약 56.1kV다.

이 값은 재점호가 누적된 이론 상한이며, 실제 개방서지는 이보다 낮게 나타난다.

정리와 시험 포인트

먼저 투입서지와 개방서지를 구분한다. 투입은 2배 이하, 개방은 재점호로 3Vm 이상이다.

시험에서 흔한 실수는 두 서지를 같은 크기로 쓰거나, 재점호 과정을 빠뜨리는 것이다.

개방서지 대책의 핵심은 재점호 억제다. 서지흡수기와 직렬리액터를 함께 떠올린다.

투입서지의 대책은 투입저항과 동기투입이다. 원인과 대책을 짝지어 쓰면 좋다.