콘덴서(커패시터) 설비에서 고장전류 계산은 전력 계통의 안정성과 설비 보호를 위해 반드시 필요하다.
단순히 고장을 확인하는 것을 넘어, 사고 시 파급 효과를 최소화하고 기기를 보호하기 위한 설계의 기초가 되기 때문이다.
콘덴서 고장전류 계산이 필요한 주요 이유는 다음과 같다.
1. 보호 장치(차단기 및 퓨즈)의 정격 결정
고장 발생 시 흐르는 전류의 크기를 정확히 알아야 차단기(CB)나 전력용 퓨즈(Power Fuse)의 차단 용량을, 그리고 보조 릴레이를 적절하게 선정할 수 있다.
- 차단 용량 부족 시: 고장전류를 차단하지 못해 차단기가 폭발하거나 상위 계통으로 사고가 파급될 수 있다.
- 경제적 설계: 너무 과다한 용량 산정은 비용 낭비를 초래하므로 정확한 계산이 필요하다.
- 릴레이 셋팅이 잘 못 될 경우 오 부동작으로 고장 사고가 확대될 수 있다.
2. 콘덴서 고장 확대 예방
콘덴서는 여러 개의 작은 소자(Element)들이 직·병렬로 연결된 구조이다.
- 내부 고장 확산 방지: 특정 소자가 절연 파괴되었을 때 흐르는 고장전류를 계산하여, 전체 뱅크가 파손되기 전에 보호 계전기가 동작하도록 세팅값을 결정해야 한다.
- 차단기 및 파워 케이블 선정 ; 고장전류 크기에 맞는 차단기, 케이블이 선정돼야 한다.
3. 인근 설비 및 전선로의 열적·기계적 강도 검토
고장전류 같은 대전류가 흐르면 전선에는 강한 전자력(Electromagnetic Force)과 줄열(Joule Heat)이 발생한다.
- 기계적 강도: 고장 시 발생하는 물리적인 힘에 지지물이나 버스바(Bus-bar)가 견딜 수 있는지 검토한다.
- 열적 내력: 절연체가 녹지 않고 견딜 수 있는 시간을 계산하여 보호 협조 체계를 구축한다.
◈. 콘덴서 고장전류 계산.
아래는 6%직렬리액터와 조합된 콘덴서 회로다.
1. a상 콘덴서 고장 시 각 상의 임피던스 Zc? (변동리액턴스
)
1) 고장난 상의 임피던스 Zc ?
2). 건전한 상의 임피던스 Zc ?
2. 고장 시 각 상의 전류?
3. 중성점 전압?
4. 고장난 a상의 전류?
5. 건전한 b, c상의 전류?
6. 각 상의 콘덴서 단자전압?
7. 콘덴서 리액턴스 변화에 따른 전압 전류 변화율?
8. 리액턴스 변화율별 고장상 및 건전상 전압 전류?
| NO | 콘덴서 리액턴스 변화 | 건전한 상(Phase) | 고장난 상(Phase) | 비고 | ||
| 전압 | 전류 | 전압 | 전류 | |||
| 1 |  |
1.087 | 1.087 | 0.756 | 1.309 | 6% 리액터설치 환경 |
| 2 |  |
1.161 | 1.161 | 0.607 | 1.549 | |
| 3 |  |
1.924 | 1.924 | 0 | 3.439 | |