역률개선 및 전압강하 보상 목적으로 부하에 병렬 결선하여 사용하는 중요 전력설비 중 하나인 전력용 커패시터의 수명에 대해 아래와 같이 살펴본다.
1. 전력용 커패시터의 수명.
1). 일반 동력부하에 사용되고 있는 전력용커패시터는 변압기나 전동기 등의 기기와 달리 통전 중엔 항상 전부하에서 운전되므로 다른 전력설
비보다 한층 더 혹독한 사용조건이 된다.
특히 전력용 커패시터의 유전체는 플라스틱류의 Poly prophylene으로 온도에 약하고 넓은면적을 필요로 하는 구조특성으로 인해 상시 고전계에 노출돼있어 절연면에서 엄격한 기기가 된다.
또한 미약한 부분방전이나 부분방전에 이르지 않더라도 국부적인 전리(電離) 현상으로 인해 유전체 열화는 빨라진다.
커패시터의 수명은 이러한 유전체 열화에 따라 정해지는데 열화를 촉진시키는 주된요인은 과전압, 과전류, 과온, 고조파, 개폐Surge가 된다.
정상 조건하에서 커패시터의 이론치 기대수명은 반 영구적이나 운전 중인 상태에서 커패시터 개개의 수명 판단은 현실적으로 불가능하다.
그러나 사용조건을 감안한 추정 평균 수명의 신뢰구간이 개략적으로 계산이 가능해 커패시터 수명을 추정하고 있으며 정상 조건하에서의 커패시터 설계수명은 10년으로 이를 근거하여 전력용 커패시터의 잔존내구수명을 추정한다.
2). 커패시터 수명은 상기 설명에서와 같이 열화요인에 의해 지수함수적으로 감소하게 된다.
따라서 보전되는 상태에 따라 기대되는 신뢰도의 확보여부가 결정된다 할 수 있으며 전형적인 고장Pattern은 아래와 같다.
①. Ⅰ(초기고장기간) : 통계자료를 기준으로 통전일로 부터 대부분 6개월 이내에 고장이 발생되며, 제조상의 결함 및 원재료 결함에 의한 고장으로 계통의 문제와 상관 없이 나타나게 된다.
②. Ⅱ(우발고장기간) : 계통상의 문제점으로 인해 고장이 발생되며, 원인으로는 PANEL 구조 및 설계상의 문제, 전원품질저하 등으로 인한 고조파유입, 과전압 인가, 과전류유입, 높은 주위온도, 과진상 운전, 잦은 스위칭에 의한 고장 등이 큰 비중을 차지하게 된다.
③. Ⅲ(마모고장기간) : 커패시터 장시간 사용으로 인한 제품 자체의 수명저하에 의거 나타나는 고장으로 계통의 문제 없이 발생된다. 커패시터의 평균기대수명은 사용조건 환경에 따라 다르게 나타나고 있고 사용 조건별 수명은 아래와 같다.
-. 회전기기 역률개선용으로 부하에 직결하여 사용 ; 약 2 ~ 4년
-. 변압기 2차측에 집합하여 부하역률 개선용으로 사용하는 수동방식 ; 약 4 ~ 6년
-. 변압기 2차측에 집합하여 부하역률 개선용으로 사용하는 자동제어방식 ; 약 2 ~ 5년
-. 변압기 지상무효전력 보상용으로 직렬리액터 사용 ; 5~7년
2. 전력용 커패시터 교체주기.
전력용커패시터는 전력설비에 있어 매우 중요한 설비이고 민감한 설비가된다. 전체 전력설비 비중으로 볼 때 차지하는 量은 많지 않지만 없어서는 안될 중요한 설비이고 구조특성 상 절연면에서 엄격한 설비이기에 고장 빈도가 높다 할 수 있다.
그러므로 고장에 따른 2차 확대사고를 미연에 방지하기 위해선 최적의 사용조건, 계통조건에 부합된 설계, 최고의 보호System이 필요하고 특히 인적이동이 많은 역 구내, 극장, 학교 등과 정전으로 인해 크나큰 손실이 발생될 수 있는 산업현장에선 이의 중요성이 더 강조돼야한다.
따라서 상기 설명의 사용 용도별 수명을 참고하여 교체하거나 커패시터 전문업체에 정밀진단을 의뢰 교체계획을 수립하여 조치하는 것이 가장 바람직하다.
