역률개선 콘덴서 용량 계산 - yeoglyulgaeseon kondenseo yonglyang gyesan

안녕하십니까 한국전력기술 장민현 대리입니다.

업무에 노고가 많으십니다.

국토부 산하 한국에너지관리공단 주관인 에너지절약계획서 내 의무사항 2번인 "역률 개선용 전력용 콘덴서를 모든 전동기마다 설치"건 과 관련입니다.

발전소 내부 고압차단기반(6.9kV)에 콘덴서를 집약설치하며 내부에서 소모하는 용량을 최소화하도록 하고 있습니다만,

 a. 인허가 시 해당 부하 설계 수량 및 용량 미확정, 전동기제어반(480V)에 부하별로 차단기에 역률개선용 콘덴서를 사용시 사고 요소로 적용 가능성 여부

 b. 역률 개선용 콘덴서 적용 용량의 경우 '대한 전기 협회가 정한 내선 규정의 콘덴서 부설 용량 기준표'에 따라 적용해야 하나 발전소 적용 전압인 480V에 맞는 용량 표의 부재

를 사유로 고압차단기반내 전력용 콘덴서 집약 설치로 대체하고자 하였으나 에너지관리공단에서는 부하별로 개별 설치 하고, 콘덴서 용량은 대한전기협회의 유권해석을 받아서 적용하라는 대답을 받았습니다.

이에 다음과 같은 질의 사항을 문의드립니다.

1. 발전소 특성상 부하는 전동기제어반(480V) 내 차단기에 전동기는 전압강하를 고려하여 460V 정격전압을 사용합니다.

 대한 전기협회에서 정한 내선 규정의 콘덴서 부설 용량 기준표('첨부1')는 220V, 380V는 전기공급약관 시행세칙에 의하고 440V용은 계산하여 제시하는 값으로 참고용으로 되어있습니다. 그렇다면 460V는 어떠한 용량을 적용해야 하는지 문의드립니다.

2. 건축물의 에너지 절약설계기준 제4조 3항에 따르면 "건축물의 기능, 설계조건 또는 시공 여건상의 특수성 등으로 인하여 이 기준의 적용이 불합리한 것으로 지방건축위원회가 심의를 거쳐 인정하는 경우에는 이 기준의 해당 규정을 적용할 수 있다. 다만, 지방 건축위원회 심의 시에는 '건축물물 에너지효율등급 및 제로에너지건축물 인증에 관한 규칙' 제 4조 제4항 각 호의 어느하나에 해당하는 건축물 에너지 관련 전문 인력 1인 이상을 참여시켜 의견을 들어야 한다. 고 되어있습니다.

 - 발전소는 적용 기준 등이 일반 건축물과 상이하고 최종적으로 산자부의 승인권을 받아서 설계하고 공사완료하도록 되어있습니다.

 - 지방 건축위원회 소집이 현실적으로 어려운 상황이고, 원자력 발전소의 경우 원자력법에 의해 건축물 에너지 인허가를 받지 않고 있습니다. 이에 화력 발전소는 전기사업법이나 별도의 법으로 건축물의 에너지 절약 설계기준을 따르지 않아도 되는 사레나 방법등이 있는지 문의드립니다.

​

전력용콘덴서의 규격 및 특성 / 콘덴서용량의 계산

1. 전력용콘덴서의 발전과정

최초의 콘덴서는 독일에서 1746년 라이덴 병(Leiden jar)이라는 이름으로 만들어 졌으며, 1930년경 함침유와 절연지를 유전체로 한 유입콘덴서가 제조되어 송배전계통의 역률개선, 전압조정을 위하여 동기조상기 대신 사용하게 되었다.

1940년대 후반에는 불연성 절연유인 PCB 가 개발되어 함침유로 사용되었으나, 환경공해와 인체에 해로운 영향을 끼치므로 1970년대 후반 제조가 금지되었다.

1970년대 이전까지는 유전체로 절연지, 전극으로 알루미늄 Foil을 사용, 고지공으로 건조하여 절연유를 함침하였으나, 플라스틱 필름류의 가공기술이 발달함에 따라 극히 얇은 폴리프로필렌 필름을 절연지와 함께 유전체로 사용하게 되었고, 이로 인하여 콘덴서의 유전손실의 감소, 부피의 감소와 중량감소를 실현하게 되었다.

2. 역율개선의 원리

전력부하는 일반적으로 저항과 유도성 리액턴스로 이루어져 있으며, 전압과 전류는 저항과 리액턴스의 임피던스에 의하여 위상차(cosθ)가 발생하게 되고 이 위상차를 역율이라 한다. 따라서 역율을 보상하기 위하여 부하와 병렬로 진상용 콘덴서를 설치하면 콘덴서에 흐르는 전류는 회로에 흐르는 전류보다 앞서기 때문에 유도성 리액턴스에 흐르는 전류와 상쇄되어 역율이 개선된다.

< 역율개선 분석도 >

3. 전력용 콘덴서의 종류

전력용 콘덴서는 송배전회로에서 널리 이용되며, 직병렬 콘덴서 외에도 결합콘덴서(C,P,D 에 사용), 필터용 콘덴서(교류, 직류 변화회로의 필터), 고주파 발진용, 차단기 분압용 등도 널리 사용되고 있으나, 여기에서는 직,병렬콘덴서만을 설명한다.

4. 진상콘덴서의 규격 및 특성

1) 설치장소 : 옥내외 병용

2) 주위온도 : -20℃~+50℃(24시간 평균 45℃ 이하)

3) 일반적인 성능

· 최대사용전압 : 정격전압의 115% 이하(24시간 평균 110% 이하)

· 최대사용전류 : 고주파를 포함할 경우에는 135% 과전류까지 허용

· 용량허용차 : 정격치에 대하여 -5 ~ +10% (at 20℃)

· 손실 : 0.1% 이하(at 20℃)

· 온도상승 : 25deg 이하(at 35℃ 정격전압)

· 油密性 : 80℃ 항온조中에서 일전온도에 달할 때까지 가열하여 새지 않음

· 절연저항 : 단자일괄과 케이스간 1000[㏁]이상(at 20℃)

· 절연기준 : BIL 60,125[㎸]

· 적용규격 : KSC 4802

· 직렬리액터 : L = 6% 공용

4) 특성

· 정전용량변화율-온도특성

· 손실-온도특성

· 유전정접-실부하 가전시간특성

5. 역률개선용 전력기기의 종류

1) 동기 조상기

동기전동기를 부하에 병렬 접속하여 무 부하로 운전하여 여자전류를 조정하므로 부하역률 조정.

2) 진상용 콘덴서

동력부하를 주대상으로 하여 종합역률 95%를 목표로 한다.

단기형 : 200kVA 이하로서 Case형

집합형 : 200kVA 이상으로서 Tank형

3) 단 위

저압용 : μF

고압용 : KVA

6. 콘덴서 설치대상

1) 저압측에 부설하는 경우 (Bank 또는 단독)

콘덴서의 설치위치는 부하측에 설치하는 것이 그 효과가 극대화할 수 있으며, 다음의 부하에는 부하측에 설치하는 것이 유리하다.

· 용량이 큰 전동기를 운전하여 역률변동이 심한 경우.

· 계절부하 등의 운전상태에 따라 역률 변동이 심한 경우.

· 선로의 길이가 길어 전력손실이나 전압강하가 심한 경우.

2) 고압측에 부설하는 경우 (Bank)

수전점의 역율 유지로 전력요금의 절감효과가 있으나 역율 개선으로 인한 효과(손실경감, 전압강하 보상, 설비의 여유도 증가)는 없다.

7. 콘덴서용량의 계산

1) 계산에 의한 방법

· cosθ1 : 개선 전 역율

· cosθ2 : 개선 후 역율

· 중부하시의 역률실측(15분간격 5회이상측정 하여 가장 낮은 값 채택)후 계산식에 의해 결정

· 설계시 : 개개의 부하조사후 부설

1-1) KVA와 ㎌의 환산

· 단상 및 3상 Y결선의 경우

< 콘덴서 용량계산 도표 >

3) 수전변압기 용량에 의한 결정