전력용콘덴서에 사용하는 차단기 설치시 고려사항

전력용콘덴서에 사용하는 차단기 설치시 고려사항

가. 콘덴서 개폐시의 특이현상

정상전류의 수배의 돌입전류가 유입하여 차단기의 접점이 손상되고, 절연유가 오손되기 쉬우며, 개방시에는 이상전압이 발생하기 쉽다. 따라서 돌입전류와 이상전압을 제한하기 위하여 11KV 이상, 1000KVA 이상의 단위용량이 되면 보조접점을 가진 것이 사용되며 콘덴서 용량 리액턴스의 10~20% 정도의 억제저항을 개폐시에만 직렬로 삽입하여 이를 제한하고 있다.
억제저항을 사용하지 않는 경우에는 접점에 내호 금속을 사용하는 동시에 소호용 접점과 통전용 접점이 분리된 것을 사용한다. 

1. 콘덴서 투입시 

1-1. 콘덴서 투입시 단자전압, 주파수, 전류와의 관계







• Ic : 콘덴서 정상전류
• Xc : 콘덴서 리액턴스
• XL : 콘덴서회로 전 유도성 리액턴스
• f : 상용주파수
• f1 : 과도주파수
• Ec : 콘덴서 정상시 전압

1-2. 투입시의 영향

1-2-1. 돌입전류(수십~수백배)로 변류기 2차회로에 과전압 발생

• 고압회로에서 발생되며, 특히 아래의 경우에 발생하기 쉽다.
  - 직렬리액터가 설치되어 있지 않을 때.
  - 전원단락용량이 클 때.
  - 병렬뱅크에 직렬 리액터가 없는 것이 있을 때.
  - 콘덴서의 잔류 전하가 있을 때.
• 변압기 소음 증대(상당히 고음으로 된다)
• 콘덴서의 과열로 운전에 지장이 있다.
• 계전기 오 동작.
• 전동기 이상소음. 
  
• 계통에 콘덴서 접속시 전압, 전류파형 왜곡 확대 및 고조파 발생원인
  - 콘덴서회로 투입시 전원측 리액턴스로 LC공진이 생겨 고조파 확대. 즉, 콘덴서 삽입시의 용량성 때문에 확대된다.
   
• 대책
  
  - 직렬리액터 설치 
  - 6%의 리액터 설치시 1式과 2式에서 각각
  - Imax = 1+√(100/6) = 5배
  - f1 = √(100/6) = 4배가 되어 문제가 되지 않는다.
   

1-2-2. 모선에 순시전압강하 발생 


콘덴서에 전압을 인가한 경우 투입순시의 콘덴서 리액턴스는 거의 "0"에 가깝고 투입순시 전압은 전원측 리액턴스와 직렬리액터에 의해 분담된다.  이 순시전압강하는 사이리스터 변환기의 전류실패 등을 들 수 있다.

• 모선의 전압강하
  
  
   
• 대책
  
  직렬 리액터의 리액턴스를 수전측 리액턴스에 대해 문제가 되지 않는데까지 크게 한다.

2. 콘덴서 개방시 

2-2-1. 개폐기의 극간 회복전압에 의해 재 점호(진상전류차단)현상에 의한 과전압 발생. (1/2 사이클 경과 후 2배의 전압 발생)


• 영향
  - 콘덴서의 파괴나 모선에 접속되어 있는 기기의 절연파괴
   
• 대책
  - 차단속도 및 접촉자간의 절연회복 특성이 빠른 개폐기 선정.
  - 재점호에 의한 영향을  줄이기 위해 직렬리액터 설치.  
   

2-2-2. 전동기 자기여자현상


유도전동기가 콘덴서에 직결되어 있을 때 개폐기 개방 후 전압이 즉시 "0"이 되지 않고 이상 상승하거나 전동기가 콘덴서에 의해 자기여자되어 고 전압이 발생하게 되어 감쇄 지속시간이 길어지는 현상.  (별도 대책이 필요하지는 않다)
이 현상은 콘덴서용량이 전동기 여자용량보다 클 때 발생하므로 콘덴서 용량은 전동기의 여자용량보다 항상 작게 할 필요가 있다. 일반적인 여자용량은 전동기 축력값의 25%~50 정도이다.

나. 차단기 및 개폐기 설치시 주의사항

1. 고려사항 

• 차단기는 전류절단현상이 없는 차단기로 할 것.(유입, 가스, 자기차단기)
• 고압의 경우 : 유입개폐기
• 특고압의 경우 : COS(2.6mm 이상으로 직결) 

2. 차단기 및 조작용 개폐기의 설치

역률 개선용 콘덴서회로에는 보통 단락보호용 차단기와 콘덴서 조작용 개폐기를 콘덴서 각 군마다 설치한다. 

2-1. 콘덴서용 차단기

접점이 떨어진 직후 급속도로 절연내력을 높이기 위하여 차단속도가 빠른 것을 필요로 하며, 차단기로서는 속도가 빠른 유 분사형, 유충형, 세극형이 좋다. (이상전압이 발생하면 직렬 리액터의 층 간 절연이 위협을 받는다.) 

2-2. 콘덴서 조작용 개폐기

개폐빈도가 높기 때문에 기구가 기계적으로 피로 소모하기 쉽다. 따라서 기계적 충격에 대해 견고한 것이 필요하다.
일반적으로 유입차단기 또는 유입개폐기가 사용된다.(고압 전자접촉기가 가장 적합하다)