전력용 콘덴서의 특징과 구성요소

개요

전력용 콘덴서는 빌딩이나 공장 등에서 사용하는 전력중 백열전등이나 전열기 회로는 역률이 높기 때문에 문제가 없지만, 동력 설비 회로는 역률이 60% ~ 80%의 것이 많기 때문에 역률을 개선하기 위하여 설치하게 된다. 역률이란 직류이든 교류이든 전압을 인가하여 회로에 전류가 흐르게 되면, 부하에서는 전압과 전류를 곱한 것과 같은 크기의 전력이 소비된다. 교류회로의 전압과 전류는 시간에 따라 크기와 방향이 달라지므로 교류회로의 전력을 구하는 것이 직류회로의 경우보다 훨씬 더 복잡하다.

일반적으로 교류회로의 전력은 평균전력 P= VIcosθ로 나타낸다. 여기서, θ는 회로에 가한 전압 v와 전류의 위상차이다. 따라서 저항 R만의 회로의 경우에는 전압과 전류가 동상인 경우에 전력은 P=VI이며, 직류회로인 경우와 같이 똑같이 취급할 수 있다. 그러나 리액턴스 성분만 있으면 전압 v와 전류 i 사이에는 위상차 θ가 생겨 저항 R만인 회로의 전력에 cosθ를 곱한 만큼의 전력이 소비된다. 이 cosθ를 전원에서 공급된 전력이 부하에서 유효하게 이용되는 비율이라는 의미에서 역률(power factor)이라고 부르며, θ는 역률각이라 한다. 전력용 콘덴서를 진상용 콘덴서라고도 하는데, 심벌은 필요에 따라 정격 전압, 정격 전류, 정격 용량, 대수 등을 표시한다.

1. 전력용 콘덴서(SC:Static Condenser) 설비의 구성

전력용 콘텐서 설비의 구성은 콘덴서를 주로 하여 부속품인 방전코일과 직렬 리액터로 구성되어 있다. 방전코일은 SC용 차단기가 개방시 콘텐서 본체에 축적된전하를 방전(고압은 5초 이내 50V 이하, 저압은 3분 이내 75V 이하)하여 감전방지나, 혹은 차단기 투입시의 과도적인 특이현상을 억제하기 위한 것이며, 직렬 리엑터는 고조과 전류의 유입을 방지하여 파형을 개선하고 SC용 차단기의 돌입전류를 방지하기 위하여 사용한다.

1) 방전 코일 (DC : discharging coil)

콘덴서를 회로에서 개방하였을 때 전하가 잔류함으로써 일어나는 위험의 방지와 재투입할 때 콘덴서에 걸리는 과전압의 방지를 위하여 방전 장치가 사용된다. 방전 장치에서는 방전 코일과 방전 저항의 2종류가 있으며, 보통 대용량은 방전 코일이 사용되고, 소용량에는 방전 저항이 많이 사용된다.

방전 장치는 콘덴서 용량에 대하여 고압의 경우 개폐 후 5초 이내에 50[V] 이하로 하고 저압의 경우는 3분에 75[V] 이하로 방전시킬 수 있는 성능을 갖추어야 한다. 따라서 콘덴서가 부하와 직결하여 똑같이 개폐될 경우에는 부하의 회로를 통하여 방전할 수 있으므로 방전 장치가 불필요하다.

2) 직렬 리액터(SR : series reactor)

역률 개선용으로 콘덴서를 사용하면 회로의 전압이나 전류 파형의 왜곡을 확대하는 수가 있고, 때로는 기본파 이상의 고조파를 발생하는 수가 있다. 이러한 고조파의 발생으로 나타나는 문제점을 보완하고 콘덴서 투입시 돌입전류를 억제하기 위하여 콘덴서용 직렬 리액터를 설치 및 운용한다. 직렬 리액터 용량은 콘덴서 용량의 6[%] 정도이고, 대체로 뱅크 용량이 500[kVA] 이상인 경우에 설치하고 있다.