콘덴서 결선·열화·고장보호

개요와 정의

전력용 콘덴서는 역률 개선과 전압 유지를 위해 부하와 병렬로 접속하는 설비다.

부하가 필요로 하는 지상 무효전력을 가까운 곳에서 진상 무효전력으로 대신 공급한다.

그러면 선로에 흐르는 전류와 손실, 전압강하가 함께 줄어든다.

무효전력과 결선 방식

3상 콘덴서의 무효전력은 상전압, 주파수, 상당 정전용량으로 정해진다.

Δ결선은 상전압이 선간전압과 같아서 무효전력이 상당 정전용량에 비례한다.

Y결선은 상전압이 1/√3 배라 같은 무효전력에서 정전용량이 3배 필요하다.

결선을 바꿀 때는 이 관계를 그대로 적용해 용량을 다시 계산한다.

계산 예제

계산 예제로 선간전압 6600V, 3상 600kvar, 60Hz 뱅크를 보자.

Δ결선의 상당 용량은 약 12.2μF 이다.

Y결선이면 3배인 약 36.5μF가 되고, 상전압은 약 3810V 이다.

검산하면 600kvar가 되어 주어진 용량과 일치한다.

결국 Y결선 용량은 Δ결선의 3배이고, 상전압은 1/√3 배다.

구성요소

고압 콘덴서 뱅크는 콘덴서 소자, 직렬리액터, 방전코일, 보호장치로 구성된다.

소자는 무효전력을 만들고, 직렬리액터와 보호장치는 그 소자를 지킨다.

방전코일은 차단 후 잔류전하를 방전해 재투입 전에 전압을 낮춘다.

고장 보호: NCS와 NVS

소자 한 상이 단락되거나 용량이 줄면 상간 임피던스가 달라져 불평형이 생긴다.

이 불평형을 중성점 전류나 중성점 전압으로 잡아내는 방식이 NCS와 NVS다.

NCS는 중성점 CT로 중성선 전류를, NVS는 중성점 PT로 중성점 전압을 검출한다.

설정값을 넘으면 계전기가 시한을 거쳐 동작하고 차단기로 뱅크를 개방한다.

열화 원인과 대책

콘덴서 열화의 원인은 온도, 전압, 고조파의 세 가지로 나눠 본다.

온도는 통풍과 설치 간격으로 상승을 억제하고, 전압은 정격전압 여유와 과전압 억제로 대응한다.

고조파는 직렬리액터와 필터 설계, 고조파 흡수로 대응한다.

고조파 환경에서는 직렬리액터 적용과 공진 점검이 열화 방지의 핵심이다.

정리와 시험 포인트

정리하면 Δ결선을 Y결선으로 바꾸면 상전압은 1/√3 배, 정전용량은 3배가 된다.

시험에서는 열화 3요소와 NCS·NVS의 차이를 구분해 쓰는 것이 중요하다.