콘덴서 개폐 시 계통상의 문제점

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콘덴서 개폐 시 계통에 발생할 수 있는 다양한 문제점에 대해 설명하고, 이러한 문제의 원인과 해결 방법을 제시하겠습니다.

Table of Contents

1. 콘덴서 투입 시 문제점

1) 과도 돌입전류 발생

콘덴서가 완전히 방전된 상태에서 전압을 인가할 경우, 콘덴서의 충전전류가 급격히 증가하면서 과도 돌입전류가 발생합니다. 이로 인해 전류가 리액턴스에 의해서만 제한되므로 큰 돌입전류가 발생하게 됩니다.

최대 돌입전류는 다음 식으로 표현됩니다:
$$
I_{\text{max}} = I_C \left(1 + \frac{X_C}{X_L}\right)
$$ 여기서 $X_L$이 $X_C$보다 훨씬 작을 경우 돌입전류는 약 50배까지 증가할 수 있습니다.

2) 콘덴서 투입에 의한 CT 2차 측 과전압 발생

콘덴서 투입 시 리액턴스가 작은 경우, 돌입전류는 CT에 의해 과전류로 기록되며 CT의 2차 회로에서 과전압이 발생할 수 있습니다. 이는 계기의 손상을 일으킬 가능성이 있습니다. 특히 CT의 과전압으로 인한 절연 파괴 등의 문제가 발생할 수 있습니다.

3) 모선 전압 상승 발생

콘덴서 투입 순간에 리액턴스가 거의 영(X_C ≈ 0) 상태가 되면, 전압이 정격 전압의 수 배로 급격히 상승할 수 있습니다. 모선에서 이러한 현상은 모선 전압 강화로 이어질 수 있으며, 이는 계통에 매우 큰 영향을 미칩니다.

모선 전압 상승은 다음 식으로 계산됩니다:
$$
\Delta V = \frac{X_S}{X_S + X_L} \times 100 \, [\%]
$$ 여기서 $X_S$는 전력계통의 시스템 리액턴스를 의미합니다.

2. 콘덴서 개방 시 문제점

1) 회복전압(Recovery Voltage) 발생

콘덴서 개방 시 회복전압이 발생합니다. 회복전압은 콘덴서 방전 후 잔류 전압과 회로 인덕턴스에 의해 발생하는 전압 차이로 인해 계통의 전압이 일정 시간 동안 비정상적으로 증가하는 현상입니다.

회복전압의 크기는 개폐 직후 잔류 전압의 약 2배까지 상승할 수 있습니다.

2) 재점호에 의한 과전압 발생

차단기가 동작하여 콘덴서를 개방한 후, 일정 시간이 지나면 재점호 현상이 발생할 수 있습니다. 재점호는 개폐 시 발생한 잔류 전압이 인덕턴스 및 콘덴서와 상호 작용하여 과전압을 발생시키는 현상입니다.

재점호에 의해 발생하는 최대 전압은 다음과 같이 각 사이클 후에 변화합니다:
0.5 Cycle 후: 최대 $-3E_m$의 과전압 발생
1 Cycle 후: 최대 $+5E_m$의 과전압 발생
1.5 Cycle 후: 최대 $-7E_m$의 과전압 발생

이러한 과전압은 차단기의 절연 강도를 초과할 수 있으며, 전력 설비에 큰 손상을 줄 수 있습니다.

결론

콘덴서 개폐 시 발생할 수 있는 문제는 과도 돌입전류, CT 2차 측 과전압, 모선 전압 상승, 회복전압, 재점호에 의한 과전압 등 다양합니다. 이러한 문제들은 모두 계통의 안정성을 저해할 수 있으며, 이를 방지하기 위해서는 적절한 보호 장치의 설치와 운전 조건의 설정이 필수적입니다.

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