최근에 커패시터 관련하여 포스팅을 몇개 쓰고 있습니다. 글을 쓰는 것도 관심이나 열의가 생겨야 하는데 이번에 커패시터에 대한 관심이 생겨서 개인적으로 즐겁게 포스팅을 작성하고 있습니다. 이전의 포스팅에서는 커패시터 자체에 대하여 집중 조명하여 커패시터에서 전류가 어떻게 흐르는지, 그리고 커패시터의 투입 시 발생하는 돌입전류의 이유에 대해서 좀 깊이있는 검토가 되었습니다. 이번 포스팅에서는 전력 시스템에서 실제로 커패시터를 사용하는 가장 큰 목적인 역률 보상용 커패시터 뱅크에 대하여 설계 시에 어떠한 주의 사항이 있는지 실제적 관점에서 다루어 보겠습니다.
POWER CAPACITOR BANK (전력 커패시터 뱅크) 의 주요 구성은 통상 다음 세가지로 이루어집니다.
1) CAPACITOR (커패시터)
2) SERIES REACTOR (직렬 리액터)
3) DISCHARGE COIL (방전 코일)
그 동안 PROJECT 를 수행해본 결과 별도의 DISCHARGE COIL (방전 코일)은 설치하지 않아도 되고 SERIES REACTOR (직렬 리액터)는 INRUSH LIMITING REACTOR (돌입전류 제한형 리액터)를 쓰면 될 것으로 봅니다. REACTOR 및 DISCHARGE COIL 은 전압이 높을수록 SIZE 가 크므로 PROJECT 초기에 SPEC 을 잘 정하지 않을 경우 추후 전기실 기기 배치 시 예상보다 SIZE 가 커서 문제가 발생할 수 있습니다.
1. DISCHARGE COIL (방전 코일)
DISCHARGE COIL (방전 코일)의 용도는 커패시터 회로의 잔류전압을 제거하는 용도인데 POWER CAPACITOR (전력용 커패시터)에 내장된 RESISTOR (방전 저항) 으로도 규정치 이하로 잔류전압을 낮출 수 있는 경우에는 별도의 DISCHARGE COIL (방전 코일) 은 설치하지 않아도 됩니다. SPEC 요구 사항이 별도의 방전 코일을 요구하는 경우에는 별도 설치해야 합니다.
방전 저항을 내장하는 전력용 커패시터의 방전 특성
규정 : KS C 4802 고압 및 특별고압 전력 커패시터 - 방전 5분 이내 50V 이하
규정 : KS C IEC 60871-1 정격전압 1000V 초과 교류 시스템용 분로 커패시터 - 방전 10분 이내 75V 이하
방전 코일을 설치할 경우의 전력용 커패시터의 방전 특성
규정: KS C 4804 고압 및 특별고압 진상 콘덴서용 방전 코일 - 방전 개시 5초 후에 50V 이하
2. SERIES REACTOR (직렬 리액터)
SERIES REACTOR 의 기능은 통상 2가지로 INRUSH CURRENT LIMITING (돌입전류 제한형) 기능과 HARMONIC CURRENT LIMITING (고조파 전류 제한형) 기능이 있습니다.
1) INRUSH LIMITING REACTOR
INRUSH LIMITING REACTOR 로만 쓸 경우의 REACTANCE 는 통상 0.02% 로 하며 이 값은 설계 요구 사항에 따라 달라집니다. 이 경우 INRUSH CURRENT 는 최대 = 1 + √ (1.0 / 0.002) = 23.4 배 입니다.
2) INRUSH LIMITING & HARMONIC DETUNING REACTOR
POWER CAPACITOR 보호용 HARMONIC DETUNING REACTOR는 통상 6%의 REACTANCE를 적용하며 이 경우의 돌입전류는 최대 5.1 배입니다.
3) CORE 의 종류 및 절연 방식
REACTOR 의 CORE 의 종류는 AIR CORE 및 IRON CORE 가 있으며 절연방식은 DRY TYPE 및 OIL TYPE 이 있습니다.
a) AIR CORE: 건식으로만 제작이 가능하고 COIL 만 있는 상태로 CUBICLE 내장이 어려우며 옥외에 설치해야 합니다.
b) IRON CORE: 건식 또는 유입식으로 제작이 가능하며 CUBICLE 내장이 가능함
c) 유입식으로 할 경우는 옥내에 설치 불가하며 옥외에 설치하더라도 OIL LEAKAGE에 대한 대책이 요구됨
3. 커패시터 (CAPACITOR )
역률 보상용 커패시터(Capacitor for Power Factor Correction)의 용량 결정 방법은 주로 다음과 같이 수행됩니다.
1) 시스템 역률 분석
먼저, 시스템의 현재 역률을 분석합니다. 부하 계산서를 작성하면 전체 부하의 역률을 확인할 수있습니다. 커패시터를 설치할 시스템별의 역률을 각각 확인합니다.
2) 목표 역률 설정
원하는 역률 목표를 설정합니다. 나라마다 요구하는 역률이 다릅니다. 국내의 경우 0.9를 한전에서 요구하지만 실제로는 역률이 부하에 따라 변할 수 있으므로 최소 0.93의 목표치를 설정합니다.
3) 필요한 보상 용량 계산
역률 보상용 커패시터의 용량은 다음과 같은 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.여기서,
- P (kW): 시스템에서 사용 중인 유효 전력 (kW)
- θ1: 현재 역률 각도 (cos(θ1)은 현재 역률)
- θ2: 목표 역률 각도 (cos(θ2)는 목표 역률)
이 공식을 사용하여 필요한 커패시터 용량을 계산합니다.
필요한 커패시터 용량 (kVar) = P (kW) x tan(θ1 - θ2)
4) 커패시터 용량 선택
계산된 커패시터 용량을 토대로 적절한 커패시터를 선택합니다. 용량이 큰 경우와 또한 자동 역률 보상 장치를 사용하는 경우에는 몇 단계의 커패시터를 설치할지 결정하여 각 유닛의 커패시터 용량을 정해야 합니다. 보통 3개의 뱅크를 설치하여 이 뱅크이 용량을 다르게 합니다. 그러면 조합에 의해서 더 많은 단계의 스텝을 설정할 수 있어서 세밀한 제어가 가능해 집니다. 예를 들어 3000KVAR이 필요하면 500, 1000, 1500KVAR의 3 뱅크를 설치해서 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000dml 6단계의 스텝을 만들 수 있습니다.
5) 설치 및 유지 관리
선택한 커패시터를 시스템에 설치하고 주기적인 유지 관리를 수행해야 합니다. 커패시터의 용량은 시간이 지남에 따라 변할 수 있으므로 정기적인 점검이 필요합니다. 역률 보상용 커패시터는 전력 시스템의 효율성을 향상시키고 전력 요금을 줄이는 데 도움을 줄 수 있으므로, 역률 관리는 중요한 과제입니다.
'전기 Engineering > 전기 설비에 대한 모든 것' 카테고리의 다른 글
| CT 2차 개방 시의 전압 발생 및 계산에 대하여 (0) | 2023.10.25 |
|---|---|
| 고압 소프트 스타터 이해 (Medium voltage Soft Starter) (2) | 2023.10.02 |
| 커패시터 (Capacitor)의 동작 특성 이해하기 (0) | 2023.09.19 |
| 50HZ 전동기를 60HZ 전원에서 사용할 수 있을까요? (0) | 2023.09.13 |
| 전기 기자재 선정 기준 정리 (2) | 2023.09.11 |
