리액터기동반 역률개선용콘덴서 설치위치에 대한 고찰

◈. 리액터기동반 콘덴서 설치위치에 대한 고찰.

1. 배경 ; 리액터기동반 모터역률개선용으로 사용하고 있는 전력용콘덴서 설치위치에 대한 여러 분분한 의견이 상존해있다.
이에 대해 아래와 같이 고찰한다.
고찰할 내용은 아래 제시조건(모터, 기동용리액터, 전력용콘덴서, 직렬리액터)을 기준으로 해석하며 계산에 있어 선로 저항과, 리액터 & 콘덴서의 등가직렬저항은 무시하고 리액턴스 X[Ω]는 근삿값을 적용한다.
또한 실측을 통해 얻을 수 없는 자료는 검증된 자료를 인용한다.

2. 콘덴서설치 위치 권장.
제조사인 삼화콘덴서와 월간전기 기고문에는 설치위치를 전원 측 사용으로 권장하고 있다.

3. 조건 ; 3P 60Hz 6.6kV 회로 리액터 기동반.

1). 모터(Motor) 사양
– 용량 ; 6.6kV 12P 60Hz 850kW
– 전류 ; 110.8A (Full Load)
– 기동전류 ; 499A (In 450%) -> 정격 전압, 주파수에서 100%부하일 때의 450%
– 역률 ; 100% 부하에서 71%
기동시 평균 31 ~ 48%
2). 기동리액터(S T R) 사양
– 용량 ; 6.6kV 3P 60Hz 1298kVA (65% TAP)
– 전류 ; 110.8A
– TAP 전류 ; 325A – 65% TAP
– TAP 전압 ; 1333V – 65% TAP
– 건식
3). 전력용콘덴서(S C) 사양
– 용량 ; 6.6kV 3P 60Hz 400kvar
– 정전용량 ; 24.36uF
– 전류 ; 34.98A
– 용량성 리액턴스 ; 108.9Ω
– 유입식
4). 직렬리액터(S R) 사양
– 용량 ; 6.6kV 3P 60Hz 24kvar
– 6% 리액터
– 전류 ; 34.98A
– 유도성 리액턴스 ; 6.534Ω
– 건식, 방전코일 취부

4. 리액터기동반 계통 단선도.
1). 전력용콘덴서 설치위치.

2). 기동용리액터 65% TAP 사용으로 해석한다.
3). 부하는 100% Full Load 운전으로 해석한다.
4). 기동전류는 정격전류의 450%로 이는 정격주파수, 정격전압일 때의 조건이다.

5. 결과.

※. 투입 위상에 따라 달라지는 과도전압은 없는 것으로 해석한다.

6. 해석.

3). 삼화콘덴서(일본 측) 오판.

이렇게 해석될 경우 상기처럼 콘덴서단자엔 정격의 110.75%인 7.31kV 과전압이 인가돼 24시간 연속 허용과전압 범위를 초과하게 된다.

6. 결론.
리액터기동반 유도전동기 역률개선용으로 사용하고 있는 전력용콘덴서 설치위치에 대한 고찰결과 결론은 아래와 같다.
1). 기동시 나타나는 과전압 Stress 완화 대책은 전동기 전단보다 후단 측 설치가 유리하다.
후단에 설치한다 하여 삼화콘덴서(일본) 해석처럼 과전압이 발생되는 것은 아니다.
2). 기동시 무효전류보상은 기동리액터 전단에 설치하는게 더 많은 진상무효전류를 공급할 수 있어 전단 측이 유리해 진다.
– 기동 과대전류를 낮출 수 있는 여러방법 중 리액터 기동방식에선 기동시 발생되는 지상무효전류를 낮춰줘야 한다.
– 이를 콘덴서가 수행한다.
3). 자기여자 현상은 후단이 심화돼 후단 측 설치시엔 콘덴서 정격전류가 유도전동기의 무부하 여자전류보다 크지 않도록 콘덴서용량을 선정해야 한다.

해석결과
리액터기동반 기동시 콘덴서 측의 과전압Stress는 결론처럼 기동리액터 후단이 유리하다.
하나 전단에 설치했다 하더라도 과전압Stress 영향이 연속허용과전압 범위 110%내(內)여서 별반 문제되지 않는다.
또한, 기동리액터 후단 설치시 필요한 무효전류 보상 부족으로 전동기 무부하여자전류보다 큰 콘덴서를 적용한다면 이때 자기 여자현상으로 모터, 콘덴서 모두에 절연열화가 빠르게 진행될 수 있다.
그러므로 후단 설치는 전동기역률을 높일 수 없어 이땐 전단 측이 유리해 진다.

이상과 같이 콘덴서 설치위치에 대한 고찰결과를 마치며, 현재 리액터 기동반 회로구성은 관행처럼 상기 설명의 시스템을 적용해 사용하고 있다.

◈. 신설 제어반 참조용 설계표준 도.

◇. 설계시 고려사항.
-. 현재의 전동기 리액터기동반 설치구조는 하나의 외함에 전동기용 메인차단기, 2차 차단기, 기동용 리액터, 콘덴서, 직렬리액터가 모두 들어간 일체형 구조가 된다. (이전 부터 관행처럼 설계돼 사용하고 있다)
이런 구조는 경제성을 앞세운 나머지 부속 설비에 대한 보호 장치가 미흡해 정전, 화재 등의 대형사고 발생 확률을 높이게 된다.
하여 앞으로 설치될 고압 리액터기동반에 대해서는 아래와 같이 설계, 적용토록 제안한다.
—- 아 래 —-
ⓐ. 경제성 보다 안전을 최 우선으로 한다.
ⓑ. 직렬 리액터는 유입식을 권장하며 콘덴서의 개폐 돌입전류 배수를 낮추기 위해 직렬리액터의 리액턴스를 키우도록 한다.
ⓒ. 콘덴서는 전위경도를 낮춘 높은 정격의 콘덴서를 사용한다.
ⓓ. 콘덴서 사고확대 예방을 위해 N V S 나 N C S를 반드시 사용하고 온도감지센서를 추가토록 한다.
ⓔ. 기동용 리액터는 최소 3분이상의 정격을 사용한다.
ⓕ. 자기여자현상 방지를 위해 콘덴서 전용의 차단기를 설치해 전동기 기동 후 콘덴서를 투입하고 전동기 정지시엔 콘덴서를 먼저 오프하여 전동기를 멈추도록 한다.
부득불 콘덴서전용차단기 설치가 불가할 때엔 전동기 여자용량 90% ~ 80%의 콘덴서용량을 선정토록 한다.
ⓖ. 콘덴서 측 전용의 과전류 계전기를 설치하여 단락사고로 부터 발생 될 2차 확대사고를 예방토록 한다. (매우 중요하다)
ⓗ. 기동용 및 직렬 리액터엔 온도 감지기 PT 100옴을 설치 층간 단락, 열화 등 미세한 고장을 검출토록 한다.
ⓘ. 콘덴서뱅크는 별도 외함에 설치하고 콘덴서전류를 모니터링 할 수 있도록 시스템을 구성한다.
ⓙ. 전동기 뿐만 아니라 모든 부속장치에 대해 지락, 영상분을 검출 할 수 있도록 G R(Ground Relay)을 설치한다.
ⓚ. 모든 부속장치가 개폐 서지로 부터 보호되도록 메인 차단기 2차에 S P D(Surge Protector Device)를 설치한다.
ⓛ. 년 1회 정기점검을 실시한다.(전동기포함 제어반전체, 절연, 볼트풀림, 열화정도, 발열, 용량체크, 전류, 전압, 시퀀스테스트 등,,,)
특히 V C 동작시험(투입, 개방)은 반드시 실시돼야 한다. (모터 및 기동리액터 소손 원인)

첨부자료

1). 삼화콘덴서 기술자료
2). 월간전기 기고문