1. 병렬콘덴서 (전력용 콘덴서 SC : Static Condenser)
▣ 전력용 콘덴서(SC : Static Condenser)는 주로 배전계통에서 부하의 역률의 개선하
기 위해 사용하는 전력기기이다.
⊙ 개폐기(전자접촉기 MC)를 닫는 순간부터 전력용 콘덴서에서 진상 무효전력이 부하에
공급되면 이 진상 무효전력은 유도성 부하의 지상무효전력과는 위상이 180˚ 차이가
나므로 두 무효전력은 상호 상쇄되어 전체 무효전력이 작아지고 역률을 개선하게 된다.
▣ 역률개선원리
⊙ 콘덴서에 의해 진상 무효전력을 공급함으로써 유도성 부하의 지상무효전력을 감소시켜
역률을 개선한다.
【콘덴서】
▣ 병렬 콘덴서 (SC) : 부하의 역률 개선
▣ 직렬콘덴서 (직렬축전지) : 송전선의 전압강하 개선
일반적으로 송전선에는 저항과 유도성리액턴스가 존재하고 이들 임피던스중에서
유도성 리액턴스가 저항보다는 상대적으로 매우 크다. 이들 임피던스는 송전계통에서
전압강하를 일으키는데 전압강하를 감소시키기 위해서는 저항보다 그 규모가 큰 리액
턴스를 감소시키게 된다. 송전선에는 페러데이의 전자유도법칙에 따라 유도성 리액턴스
가 발생하게 되는데 이러한 유도성 리액턴스를 감소시키기 위해 송전선에 직렬로 콘덴서
를 설치하여 유도성 리액턴스를 감소시키게 된다. 따라서 직렬 콘덴서는 송전계통에서
유도성 리액턴스를 감축하여 전압강하를 개선하는 역할을 하게 된다.
<직렬콘덴서의 기능>
① 직렬 콘덴서의 역할
⊙ 선로의 유도성 리액턴스를 보상하여(줄여서) 전압강하를 개선한다.
② 전압변동률 감소 : 전압강하가 줄어들면 전압변동율은 자동으로 줄어든다.
전압변동률 ∝ 전압강하
③ 안정도 향상
⊙ 송전계통에 직렬콘덴서를 설치함으로써 최대 송전전력이 증가하고 정태안정도를 향상
시킨다.
※ 전력 계통에서 안정도란 ?
◆ 계통에 주어진 운전조건하에서 안정하게 운전을 계속하게 할 수 있도록 하는 능력, 즉
교란을 일으키지 않고 전력을 송전할 수 있는 최대 송전 전력을 의미한다.
※ 송전전력 관계식
④ 부하역률이 나쁜 송전선로일 수록 직렬콘데서의 설치효과가 크다. 즉 전압강를 더 많이
줄여준다.
※ 역률(cosΘ)가 0.8일 때와 0.6일 때의 전압강하를 개선효과를 비교해 보자.
【직렬 리액터】
▣ 직렬 리액터의 역할
⊙ 배전계통에서 역률 개선을 위해 콘덴서를 사용하면 회로의 전압이나 전류의
파형에 왜곡을 확대하고 때로는 기본파 이상의 고조파를 발생할 수 있다.
역률개선을 위해 설치한 콘덴서에 의해 발생한 고조파가 부하나 전원으로 흘러 영향을 주게 되는데 콘덴서 앞에 리액터를 설치하면 발생된 고조파에 의해 주파수가 높아지게 되면 리액
터의 리액턴스는 주파수에 비례하므로 XL 즉 임피던스가 커지게 된다. 콘덴서 앞의 임피던
스가 커지면 결국 콘덴서에 의해 발생된 고조파 전류가 부하나 전원에 흐르지 못하게 막아
주는 역할을 한다. 즉 고조파 발생을 억제하는 기능을 하게 된다.
※ 고조파는 주파수가 낮은 고조파가 많이 발생하고 주파수가 높은 고조파는 적게 발생한다.
선로에는 주로 3고조파와 5고조파가 대부분이라고 보면 된다. 그런데 3고조파는 콘덴서의 △결선에 의해서
부에서만 흐르게 막아 주므로 이 방법으로 억제하고 직렬리액터는 제5고조파의 억제를 주로 담당하게 된다.
▣ 리액터의 용량 결정 : XL = Xc (제5고조파)
※ 제5고조파를 제거하기 위한 직렬리액터의 용량은 콘덴서 용량의 4[%]만 투입하면 된다.
앞에서 말한 바와 같이 콘덴서에 의해 가장 많이 발생하는 제3고조파는 콘덴서의 △결선으로 제거하므로
그 다음으로 많이 발생하는 제5고조파를 직렬리액터가 제거하게 된다.
※ 한편 부하에서도 고조파를 발생시키는 기기 들이 많이 있다. 이들 기기에 의해 발생하는
고조파를 제거하는 효과도 있다. 아래 그림을 보자.
부하에서 발생한 고조파가 선로를 통해 전파되어 콘덴서에 크고 높은 고조파가 투입되면
콘덴서를 과열시키고 부풀어 오르게 되며, 심하게 되면 콘덴서가 폭발할 수도 있다. 따라서
부하에서 발생한 고조파가 역으로 콘덴서에 투입되는 것을 방지하기 위한 기능도 직렬리액
터가 한다. 방식은 앞에서 말한 바와 같이 고조파의 높은 주파수는 직렬리액터의 주파수를
높이고 이로 인해 리액턴스 즉 임피던스가 높아져 고조파의 흐름을 방지하게 된다.
※ 직렬리액터의 용량 : 이론상으로 콘덴서 용량의 4[%]인데, 실제 적용은 5~6[%] 을 적
용하게 된다.
직렬리액터 용량 4[%] 조건 : XL = Xc X = XL - Xc = 0
즉 L - C 직렬공진을 이용하게 되는데 L-C직렬 공진상태가 되면 임피던스가 "0"이 되고
이로 인해 과전류가 흐르게 되어 회로가 위험해 질 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해
회로에 여유를 줄 수 있도록 직렬리액터 용량을 5~6[%]를 줌으로써 약간의 임피던스
성분을 남게 하는 것이다.
【방전코일 (DC : Discharge Coil)】
▣ 용도 : 콘덴서의 잔류전하를 방전하여 인축의 감전사고를 예방한다.
콘덴서는 양극판에 전하를 충전하는 장치이다. 콘덴서에서 전압과 충전전하는 비례관계에
있다. (V ∝ Q), 콘덴서 양극판에 전위를 걸어 주면 콘덴서 극판간 전압과 전원 전압이 같아
질 때까지 콘덴서 극판에 전하가 쌓이게 된다. 즉, 전하량를 콘덴서 전압으로 보면 된다.
그런데 콘덴서에 쌓인 전하는 전원전압을 Off한다고 하여 바로 방전되지 않는다. 따라서
콘덴서의 전압은 회로를 개방(Off)해도 잔류전하가 남게 되어 본의 아니게 콘덴서에 접촉하는 인축에
위험을 초래할 수 있다. 따라서 콘덴서에 의한 인축의 감전사고 방지를 위하여
회로를 개방하면 콘덴서의 잔류전하를 제거할 필요가 있다. 이를 위해서 방전코일을 설치하여
콘덴서의 잔류전하를 방출하여 콘덴서의 전압을 낮추게 된다.
▣ 방전코일의 성능
⊙ 고압 : 5초 이내에 50[V] 이하로 전압강하하면 방전코일의 성능은 양호하다고 본다.
⊙ 저압 : 3분 이내에 75[V] 이하로 전압강하하면 방전코일의 성능은 양호하다고 본다.
【각종 리액터】
① 병렬(분로)리액터 : 페란티 현상 방지 (Es < Er → C)
② 직렬 리액터 : 제5고조파 제거
③ 한류리액터 : 단락전류를 제한하여 차단기 용량을 경감시킨다.
- 한(限)류(流) : 전류의 흐름을 제한한다. 단락전류가 높으면 차단기의
용량도 커야 되는데 리액터가 전류의 흐름을 제한하므로
차단기의 용량을 낮출 수 있다.
④ 소호리액터 : 지락고장시 지락아크를 자연 소멸시킨다.
- 소(消)호(㷻) : 아크를 끈다. 㷻 : 호 : 불에 탈 호, 불에 눌 호, 불에 타서 아무 것도
없게 된다는 뜻이다.
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