전력용 Capacitor에 대하여 설명

전력용 Capacitor에 대하여 다음을 설명하시오.

1) 계통 이상 시 Capacitor의 보호

가. 과전압 보호

콘덴서의 허용 장시간 전압은 일반적으로 정격전압의 110% 정도이므로 이 이상의 전압에 대하여는 보호할 필요가 있으며, 통상 유도형 한시 과전압 계전기를 사용한다. 과도적인 전압상승 등으로 인한 계전기의 오 동작을 막기 위하여 일반적으로 정격전압의 130% 정도에서 동작하도록 하며 시한은 2초 정도로 한다.

 

과전압발생은 직렬리액터로 인한 과전압발생과 경부하시 리액턴스분의 전압상승에 기인한다.

 

과전압계전기(OVR) : 콘덴서 자체보호, 정격전압의 130%로 정정

나. 저 전압보호

회로가 저 전압 또는 무 전압시 콘덴서가 투입되어 있으면 회로 전압 회복시에 콘덴서만이 운전되어 콘덴서로 인한 전압상승으로 타 기기에 손상을 주는 요인이 된다. 통상 유도형 한시 부족전압 계전기를 사용한다. 동작전압은 70% 이하로 하며 시한은 2초 정도로 한다.

 

저전압계전기(UVR) : 전압회복시 무부하상태에서 콘덴서만의 투입방지, 정격전압의 70%에서 정정

2) Capacitor 설비 내의 단락, 지락 사고에 대한 보호

단락보호

일반적으로 단락보호를 위하여 한시 과전류 계전기를 사용하며, 동작 치는 콘덴서 투입시 투입전류(직렬 Reactor를 갖는 경우에는 정격전류의 약 5배)에 동작하지 않는 감도를 가지며, 보통 정격전류 150% 정도가 적당하다.

 

1. 과전류계전기(OCR)

콘덴서설비 모선단락보호, 고압에서는 콘덴서 내부소자파괴, 층간절연파괴 검출 등도 수행한다.

 

2. 콘덴서 회로용 FUSE의 선정

콘덴서의 연속최대전류를 안전하게 통전할 것.(정격의 1.43배 이상일 것)-콘덴서 고조파전류를 감안한 135%의 1.1배 값임.

콘덴서 돌입전류에서 파괴되지 않을 것.

-직렬리액터가 없는 경우 돌입전류는 정격전류(실효치)의 100배의 파고치 전류가 2msec간 흐르는 것을 고려.

- 직렬리액터가 있는 경우 콘덴서 돌입전류는 콘덴서 허용전류(실효치)의 5배의 전류가 0.1초간 흐르는 것을 고려한다

 

지락 보호

전력용 콘덴서의 지락 사고로는 모선지락, Reactor를 통한 지락, 중성점 지락 등이 있으나, 전력계통의 중성점 접지방식, 대지분포용량 고정점의 접지저항에 따라 그 영향이 다르기 때문에 일괄적인 보호방식 적용은 곤란하다. 따라서 특별히 지락 보호가 필요한 경우에는 모선에 접속된 타 Feeder와 같이 선택차단 방식을 적용하여야 한다.

접지 또는 접지과전류계전기(OCGR) : 접지계의 접지고장 탐지

지락과전압계전기(OVGR) : 비접지계 콘덴서의 접지고장 검출

 

3) Capacitor 내부소자 사고에 대한 보호

콘덴서에 고장이 발생할 경우 사고의 확대와 파급을 방지하기 위하여 콘덴서를 회로로부터 신속히 제거하여야 한다.

 

- 중성점 간 전류검출방식 (NCS ; Neutral Current Sensing)

그림 5-25와 같이 Y로 결선된 콘덴서를 2조로 하여 콘덴서 고장시 중성점 간에 흐르는 전류를 검출하는 방식이다.

 

 

중성점 간 전류검출 방식의 특징은 다음과 같다.

검출 Speed가 빠르고 동작이 확실하다.

회로전압의 변동 직렬 Reactor의 유무, 고조파의 영향을 받지 않는다.

콘덴서 회로 투입시 과도현상(돌입전류)에 의한 오 동작이 없다.

 

 

K = △X / X

la : 정격 전류

Xc : 정상 Reactance

△Xc : 변화 분 Reactance

- 중성점 전압검출방식 (NVS : Neutral Voltage Sensing)

 

중성점 간 전류 검출방식과 유사한 특성을 가지고 있으며 NVS(Neutral Voltage Sensor)를 그림 5-26와 같이 결선하여 보호하는 방식으로 6.6kV, 3.3kV 계통에 널리 사용하고 있으며 콘덴서 Bank의 구성은 단상콘덴서 3대를 Y 결선하여 사용한다.

 

중성점 전압 Vn은 다음 식과 같다.

 

 

Vn : 중성점 전압

P : SC의 병렬회로 수

S : SC의 직렬회로 수

Vp : 상 전압

- Open Delta 보호방식

 

각 상의 방전 Coil 2차측 그림 5-27과 같이 Open Delta로 결선한 것으로 평형상태의 Vry 전압은 0 Volt이나 사고시에는 Vry에 이상 전압이 검출된다.

일반적으로 22.9kV 계통에 적용한다.

 

 

- 전압 차동 보호방식

 

Open Delta 보호방식과 같은 전압검출 방식이나 특히 절연처리의 이점으로 인하여

특별고압 (22.9kV∼6.6kV)에 적용된다.

 

 

- ARN Switch 보호방식

콘덴서 외함의 팽창변위를 검출하여 고장을 판별하는 방식이다.

 

- Lead cut 보호방식

콘덴서가 절연 파괴되면 내부의 압력이 상승하게 되어 외함이 변형을 일으켜 보호장치가 동작하는 방식이다.

 

- 기타

싱글스타 방식, 더블스타 방식이 있다.