[발송배전기술사] 콘덴서의 투입 및 개방시 특성!

다음은 발송배전기술사 전력계통공학 문제 중 콘덴서의 투입 및 개방시 특성에 대한 설명입니다.

개요, 콘덴서 투입시의 이상현상 및 대책, 콘덴서 개방시의 이상현상 및 대책, 콘덴서 투입 및 개방시 조건, 콘덴서 삽입방법, 직렬리액터 삽입 목적 순으로 서술하겠습니다.

[문제] 전력계통에서 콘덴서를 투입 및 개방시 특성에 대하여 설명하시오.

[답]

1. 개요

  · 콘덴서 회로에서 전류를 억제하는 것은 계통의 리액턴스 밖에 없으므로 투입시 과대한 투입전류 발생

 

2. 콘덴서 투입시 이상현상 및 대책

  1) 돌입전류 발생

     (1) 콘덴서 투입시 전류

        · $I_{max} =I_{c}(1+ \sqrt{ \frac{ X_{C} }{X_{L}} } )$

     (2) 콘덴서 투입시 단자전압

        · $E_{c \,  max} =2E_{c}$

     (3) 콘덴서 투입시 주파수

        · $f_{1} =f\sqrt{ \frac{ X_{C} }{X_{L}} } $

  2) 콘덴서 돌입전류에 의한 CT 2차 과전압

     (1) 발생원인

        ① 직렬리액터가 설치되지 않은 경우

        ② 전원 단락용량이 클 때

        ③ 병렬뱅크에 직렬리액터가 없는 것이 있을 때

     (2) 영향

        ① CT 2차 회로 접속되는 계기, 계전기, 기구 소손

        ② CT비가 작으면 CT 과전류강도 문제발생

     (3) 대책

        ① 직렬리액터 설치

           · 6[%] 리액터 설치의 경우 문제가 되지 않는다.

           · $I_{max} =1+ \sqrt{ \frac{100 }{6} } =5$배              · $f_{1} =\sqrt{ \frac{100}{6} } =4$배

        ② CT 과전류정수 제한

        ③ CT 2차 방전장치 설치

        ④ 잔류전하 방전후 투입

        ⑤ 소용량 뱅크로 구분

  3) 모선전압강하

     (1) 원인

        · 무전압 콘덴서에 전압인가시 투입 순시 콘덴서 리액턴스는 거의 0에 가깝고, 투입 순시전압은 $X_{C}$와 $X_{L}$에 분담

          된다.

     (2) 영향

        · Thyristor 변환기의 전류실패, 운전중인 설비정지

     (3) 대책

        · 직렬리액턴스의 크기를 크게, 소용량뱅크로 조절

 

3. 콘덴서 개방시의 이상현상 및 대책

  1) 발생원인 

    · 단상회로에 차단직후($\frac{1}{2} [cycle]$) S극 사이에는 약 2배 전압의 회복전압 발생, 회복전압은 잔류전압과 전원전압의

      차이, 3상회로는 1상 차단 후 2.5배 전압

  2) 현상

     (1) 재점호에 의한 과전압

        · $\frac{1}{2} [cycle]$마다 재점호 발생, 3E → 5E → 7E → 9E · · ·

     (2) 대책

        ① 차단속도가 빠른 차단기 적용

        ② 절연회복 특성이 빠른 차단기 적용

        ③ 직렬리액터 설치

     (3) 유도전동기의 자기여자현상

        · 콘덴서가 전동기와 동시에 개폐되는 경우, 전동기 단자전압이 저하하지 않거나 이상상승하는 현상

        ① 발생원인 

          · 유도전동기의 여자용량보다 큰 콘덴서를 삽입하면 발생 

        ② 영향

          · 전동기 소손, 안전사고 발생

          · 개폐기 개방 후 전압이 즉시 0이 되지않고 이상상승하거나 오랫동안 감쇠하지 않는 자기여자현상이 발생

        ③ 대책

          · 콘덴서 용량은 전동기 여자용량보다 적게 한다.

          · 여자용량은 보통 전동기 출력값의 $\frac{1}{2}$ ~ $\frac{1}{4}$ 정도 선정

 

4. 콘덴서 투입 및 개방시 조건

  1) 투입시 과대한 돌입전류에 견딜 것

  2) 개방시 회복전압에 견디고, 재점호가 없을 것

  3) 전기적, 기계적으로 다빈도 개폐에 견딜 것

  4) 보수, 점검의 주기가 길고, 수명이 길 것

  5) 보수가 간편하고 종합적으로 경제적일 것

  6) 돌입전류의 이상전압을 제한하기 위해서 11[kV], 1,000[kVA] 이상의 콘덴서용으로 보조접점을 가진 것 사용(콘덴서

      리액턴스 10 ~ 20[%] 정도의 억제저항은 개폐시에만 직렬로 들어가게 한다.)

 

5. 콘덴서 삽입방법

  1) 병렬삽입

    · 목적 : 역률개선, 조류제어를 통한 손실저감 및 안정된 운영

  2) 직렬삽입

     (1) 목적 : 선로의 유도성 리액턴스를 보상하여 전압강하 경감, 조류제어

     (2) 장점 : 부하변동에 대한 시간적 늦음이 적고, 설비가 간단

     (3) 단점

        ① 지락고장시 콘덴서에 과전압이 인가됨

        ② 보상도가 크면 동기기의 난조, 탈조의 원인

        ③ 무부하 변압기의 투입시 공진우려

        ④ 선로 충전시 페란티 현상, 자기여자현상 발생

     (4) 대책 : TCSC설치

 

6. 직렬리액터 삽입목적

  1) 투입시 돌입전류 억제

  2) 개방시 선로 이상전압 방지

  3) L, C 공진에 의한 전압, 전류파형 왜곡방지

  4) 고조파 악영향 제거(파형개선, 5조파)

 

 

 

오늘은 발송배전기술사 전력계통공학 문제로 나올 법한 콘덴서의 투입 및 개방시 특성에 대하여 알아 보았습니다.