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전력용 커패시터는 주로 수변전 계통에 이용되는 전기설비이다. 전기사업자로부터 공급받은 전기는 변압기로 강압되어 수용가의 조명, 전열 및 동력부하의 에너지원으로 사용된다. 부하의 역률이란 '피상전력에 대한 유효전력의 비율'을 말하며, 일반적으로는 지상인 경우가 많고 전기요금 절감, 전기설비의 효율적 사용 등의 측면에서 불리하므로 역률을 100%에 가깝게 보상하기 위해 전력용 커패시터를 설치하고 있다. 역률을 개선하면 다음과 같은 기대를 할 수 있다.
1) 지상 무효전력을 보상하여 선로전류 감소, 선로 변압기 손실 및 소비전력 저감
2) 선로 변압기의 부하 부담 저감으로 설비 여력이 증가되므로 기존 변압기 전선로의 부하 증설 가능
3) 무효전류 및 유도성 리액턴스 감소에 의한 선로 전압강하 저감
4) 전압강하 저감으로 전압 제곱에 비례하는 열량과 토크가 증가하여 생산성 향상
5) 지상 무효전력 감소에 의한 전압변동률 저감 6) 전기사업자 측 전기 할증요금 미부과
1. 전력용 커패시터의 열화
전력용 커패시터는 구조상 매우 얇고 넓은 면적으로 제작된 절연체(유전체)에 높은 전위경도가 거의 연속적으로 작용하고 있으므로 다른 전기기기에 비해 매우 가혹한 환경에서 운전되고 있는 설비이다. 전력용 커패시터는 정상적인 사용조건에서 12~20년 정도 사용할 수 있도록 제작된다. 전력용 커패시터의 각 구성요소는 온도, 전압, 전류 등의 요인으로 인해 시간이 지날수록 초기의 성능에 저하되며, 이 같은 경년열화 현상으로 인해 수명이 단축된다. 전력용 커패시터 구성요소별 열화요인과 열화형태는 다음과 타다.
구성품 주요재료 열화요인 열화형태 외부 외함, 고정금구 강판, 스테인리스 강판 기계적 응력, 환경 부식, 파손, 누유 부싱 자기 환경 오손, 파손 개스킷(O-ring) NBR(Bitrile Butadiene Rubber) 열, 기계적 응력 크랙, 탄성 저사 단자, 접속금구 동, 동합금, 도금 피막 환경 오손, 부식, 과열, 접속부 이완 내부 유전체 Kraft paper, 고분자 필름 전압, 열 절연파괴, 열분해 전극 알루미늄박, 증착 알루미늄 또는 아연 전압 절연파괴로 인한 용융 절연유 PXE, M/DBT Oil 열, 환경 열분해, 수분 침입 표에 표기된 열화요인 중 전압으로 인한 전열 파괴의 경우 폴리프로필렌 등의 고분자 필름에 알루미늄이나 아연을 진공증착하여 전극을 형성한 MPPF의 셀프힐링 특성으로 인해 유전체의 국부 절연파괴가 발생하더라도 용량만 다소 감소할 뿐 전력용 커패시터의 내부 단락이나 폭발로 이어지지 않는다.
2. 전력용 커패시터의 점검 포인트
전력용 커패시터는 전력계통에서 대표적인 정지형 비수리계 전기기기로서 한번 설치 후에는 교체할 때까지 별다른 수리 없이 운전되고 있다. 전력용 커패시터도 다른 전기기기와 마찬가지로 열적, 전기적 화학적 요인 등으로 인해 열화 되며, 고장 발생 시 계통 내 다른 전기설비에 미치는 영향이 크므로 이상징후를 검출하여 사고를 예방하는 것이 무엇보다 중요하다. 전력용 커패시터는 매주 실시하는 일상점검과 매년 실시하는 정기점검을 통해 이상징후를 검출한다.
- 점검 시 주의사항
전력용 커패시터를 점검할 경우 점검 인원의 안전을 위해 통전 중인 주회로 분리 후에는 반드시 검전기로 검전 하고 접지하여 잔류전하가 없음을 확인해야 한다. 일상 점검은 다음 내용을 고려하여 실시한다.
설치환경
전력용 커패시터는 주위온도 -20℃ ~ 40℃, 24시간 평균 35℃ 이하인 장소에 설치하며 다음과 같은 장소는 피한다.
- 고온 장소
- 단자부 절연 불량이 우려되는 염해, 철분, 분진, 부식성 가스 발생 장소
- 접속부의 접촉 불량이 우려되는 진동이 많은 장소
- 직사광을 받아 최고 허용 온도를 초과하는 장소
- 밀폐 장소일상점검 중 감지한 이상 현상의 원인을 명확히 파악하여 조치할 수 없다면 신속하게 제조사에 문의해야 한다.
3. 맺음말
전력계통은 무효전력에 의해 역룰이 달라지며, 특히 지상 무효전력은 전력용 커패시터로 역률을 보상하여 안전한 설비 운전과 안정적인 계통 운용은 물론 수용가의 경제적 이익까지 도모할 수 있다. 다만, 최근에는 서지보호장치나 고조파 등을 유발하는 전력변환장치 등이 채용되는 전기설비로 인해 진상 무효전력이 증가하면서 역률이 저하하는 사례도 많으며, 이 같은 경우에는 전력용 커패시터의 투입보다는 근원적인 해결방법을 통해 역률을 개선해야 한다. 전력용 커패시터에 고장이 발생하면 폭발, 화재는 물론 대형 정전으로 이어지기 쉬우므로 평상시의 철저한 점검을 통해 고장을 예방해야 한다.
