직렬 리액터⁕

직렬 리액터

역률개선용 콘덴서와 함께 설치하여 전압파형을 개선하는 직렬리액터에 대한 다음을 설명하시오.
(1) 직렬리액터의 설치목적
(2) 직렬리액터의 용량
(3) 직렬리액터의 고조파에 대한 영향
(4) 직렬리액터의 용량과 콘덴서의 단자전압
(5) 직렬리액터의 문제점 및 대책

[건88-3] 에너지 절약을 위한 역률 개선용 진상콘덴서회로에 설치하는 직렬리액터의 설치효과와 용량산정하는 방법에 대해 설명하시오.

전력용 콘덴서에 사용되는 직렬리액터의 설치목적을 4가지 이상 기술하라

역률개선용 콘덴서를 적용할 때 발생하는 고조파 장해에 대한 대책으로 직렬리액터를 사용한다.

직렬리액터를 사용하는 이유를 설명하고, 영향이 큰 제 3, 5고조파 저감을 위한 리액터 용량을 산정하시오.

전력용 콘덴서의 부속기기인 방전장치와 직렬리액터에 대해 설명하시오.

[발93-1] 직렬리액터를 콘덴서 뱅크에 접속하는 이유에 대하여 간략히 설명하고, 직렬리액터 용량을 콘덴서 뱅크의 용량의 6[%]로 할 때 콘덴서의 단자전압은 직렬 리액터 접속 전의 몇 [%]인지 설명하시오.

전력계통, 고조파 전류원 및 전력용 콘덴서와 등가회로

직렬리액터 설치목적

전원측으로 고조파 확대를 억제

고조파가 계통사이에서 이와 같이 전류원으로 작용하게 된다. 이와 같이 발생된 고조파 전류가 임의의 조건에서 병렬공진 조건(임피던스 증가)을 맞이하게 되면 수십~수백 배 증폭되어 계통으로도 유입될 수가 있다. 이를 막기 위해서 직렬리액터를 설치하여 콘덴서 회로를 유도성으로 만들어 병렬공진 되는 것을 막아야 한다.

투입시 돌입전류 저감

직렬리액터가 없이 콘덴서 투입시에 매우 큰 돌입전류가 흐르게 된다. 이 돌입전류에 의해서 변류기 등 전력설비의 소손의 우려가 있다. 투입시 돌입전류 크기 및 진동 주파수는 Xc/XL의 비와 관계된다. 그 비를 낮출수록 즉, XL을 증가시킬수록 돌입전류 크기를 저감시킬 수 있다.

\[I_{st}=(1+\sqrt{\frac{X_c}{X_L})\times I_c}\] \[f_n=(\sqrt{\frac{X_c}{X_L}})\times f\]

여기에서 Ist는 돌입전류의 배수이고, Xc는 콘덴서의 리액턴스, XL는 회로의 리액턴스, fn은 돌입전류 진동주파수, f는 전원주파수이다. 직렬리액터의 용량이 콘덴서 용량의 6%를 적용한 경우 콘덴서 투입시 돌입전류는 정격전류의 약 5배, 주파수는 전원주파수의 약 4배 수준으로 제한이 된다. 만약 직렬리액터를 생략하면 콘덴서의 돌입전류의 배수가 커져 100배 이상으로 되는 경우도 있다.

콘덴서의 과열 소손 방지

고조파 전류에 대해서 용량성 리액턴스가 감소되므로 고조파 전류의 유입증가로 콘덴서의 과열이 발생된다. 그러므로 고조파 성분에 의해서 임피던스 특성이 증가하는 유도성 리액턴스를 갖는 직렬리액터를 설치하는 것이 바람직함.

파형개선

설치용량에 따라서 3고조파 및 5고조파를 어느 정도 흡수하여 파형의 개선에 효과가 있음.

직렬리액터의 용량 산정

계통주파수의 저하 및 안전율을 고려하여 보다 큰 값을 선정이 바람직하며, 확실하게 콘덴서 회로를 유도성으로 만들어 줄 수 있는 용량산정이 필수적이다.

\[nX_L\gt\frac{X_C}{n}\to X_L\lt\frac{1}{n^2}\times X_C\]

1) 3고조파:XL>0.11×Xc………. 13% 선정

2) 5고조파:XL>0.44×Xc………. 6% 선정

직렬리액터 설치시 유의사항

콘덴서의 유입전류 증가

직렬리액터가 설치되면 리액턴스가 보상되어 콘덴서 회로의 합성 임피던스는 감소하기 때문에 유입전류가 증가하게 된다.

전력용 콘덴서 용량의 6% 직렬리액터 설치시 6.38%, 13% 직렬리액터 설치시 14.9% 콘덴서 유입전류가 증가하므로 이에 대한 대책으로 방열대책을 세워 과열되어 소손되는 것을 막아야 한다.

콘덴서의 단자전압 상승

6%의 직렬 리액터를 적용하는 콘덴서 회로에서 콘덴서의 단자전압은 약 6.38% 증가하지만 콘덴서의 과전압 허용한계 110%내에 있으므로 그대로 적용한다.

그러나 8% 이상의 직렬리액터를 적용할 경우에는 콘덴서의 과전압에 대한 허용한계를 벗어나게 되므로 과전압을 고려한 콘덴서를 사용해야 한다.

[참조] 콘덴서의 최대 사용전압 특별고압 콘덴서는 정격 주파수로 정격전압의 110%의 전압에서 장시간 사용하고 또 고압용 콘덴서는 정격 주파수로 최고전압이 정격전압의 115%에서, 그의 24시 간 평균치가 정격전압의 110%인 전압에서 장시간 사용하여도 실용상 지장이 없어 야 한다.

운전 중 콘덴서 용량을 변경하는 경우 용량성 회로로 변하는 것을 주의

계통에 설치되어 운전되는 전력용 콘덴서는 운전 중에 용량을 변경하는 경우가 있다. 이런 경우에 용량성 운전이 될 수 있다. 그러므로 운전 중 콘덴서의 용량변경은 10%를 초과해서는 안된다. 만약 콘덴서의 용량이 변경될 경우에는 직렬리액터도 함께 용량 변경이 고려되어야 한다.

직렬리액터의 고조파의 영향

직렬리액터의 경우 과도한 고조파 전류가 유입되면 직렬리액터의 철심이 포화되어 리액턴스의 저하를 초래하게 되므로 콘덴서 회로가 고조파에 대해 용량성 회로가 될 수 있다.

이 경우에 계통과 병렬공진이 발생되면 고조파 전류는 계통으로 확대될 뿐만 아니라 직렬리액터 및 콘덴서에도 큰 고조파 전류가 유입되어 이상소음, 과열, 소손에 이르게 된다.

방전장치

콘덴서 회로를 개방하였을 때 전하가 잔류함으로써 일어나는 위험을 방지와 콘덴서 재투입시에 콘덴서의 과전압을 방지할 목적으로 방전장치를 사용한다.

방전장치는 방전코일(대용량) 또는 저항(소용량)이 사용되며,

– 저압 : 방전시간은 개방 후 3분 이내에 잔류전압 75[V]이하로 저감

– 고압 : 방전시간은 개방 후 5초 이내에 잔류전압 50[V]이하로 저하시켜야 한다.

콘덴서를 변압기, 전동기에 직결하여 사용하는 경우에는 기기의 권선을 통하여 잔류전하를 방전시키므로 방전장치의 설치가 불필요하다.

직렬리액터 설치 후 콘덴서 유입전류 및 단자전압

콘덴서에 유입되는 전류의 변화

① 직렬리액터 설치 전:

\[I_c=1.0[pu]\]

② 직렬리액터 설치 후:

\[I’_c=\frac{1}{|a-1|}[pu]\]

⦁6% 설치 :

\[I_c=\frac{1}{|0.06-1|}=1.0638[pu]\]

⦁13% 설치:

\[I_c=\frac{1}{|0.13-1|}=1.149[pu]\]

콘덴서의 단자전압의 변화