고압 콘덴서의 일반적인 문제 및 해결 방법 상세 설명
콘덴서 작동 전압 문제
콘덴서의 작동 전압 크기는 그 수명과 출력 능력에 크게 영향을 미치므로 변전소 버스바 시스템에서 주요 모니터링 지표가 됩니다. 콘덴서 내의 유공 손실은 주로 절연 손실과 도체 저항 손실에서 발생하며, 이 중 절연 손실이 98% 이상을 차지합니다. 절연 손실은 콘덴서의 작동 온도에 큰 영향을 미칩니다. 이러한 영향은 다음 공식으로 정량화할 수 있습니다:
Pr = Qc * tgδ = ω * C * U² * tgδ * 10⁻³
여기서:
- Pr는 고압 콘덴서의 유공 손실을 나타냅니다.
- Qc는 무공률을 나타냅니다.
- tgδ는 절연 손실 탄젠트입니다.
- ω는 전력망 각주파수입니다.
- C는 콘덴서의 용량입니다.
- U는 콘덴서의 작동 전압입니다.
위 공식에서 알 수 있듯이 고압 콘덴서의 유공 손실(Pr)은 작동 전압(U²)의 제곱에 비례합니다. 작동 전압이 증가함에 따라 유공 손실이 급격히 증가하여 온도 상승으로 이어집니다. 이로 인해 콘덴서의 절연 수명이 영향을 받습니다. 또한, 오버볼트 상태에서 장시간 작동하면 과전류가 발생하여 콘덴서를 손상시킬 수 있으므로, 고압 콘덴서 시스템은 포괄적인 오버볼트 보호 장치가 필요합니다.
▲ 고차 조화파의 영향
전력망 내의 고차 조화파는 콘덴서에도 부정적인 영향을 미칩니다. 조화파 전류가 콘덴서로 흐르면 기본 전류 위에 겹쳐져 작동 전류와 기본 전압의 피크 값이 증가합니다. 만약 콘덴서의 용성 반응이 시스템의 감성 반응과 일치하면 고차 조화파가 증폭됩니다. 이로 인해 과전류와 과전압이 발생하여 콘덴서 내부 절연체의 부분 방전을 유발할 수 있습니다. 이러한 부분 방전은 부풀림 및 그룹 퓨즈 폭발과 같은 고장으로 이어질 수 있습니다.
▲ 버스바 전압 상실 문제
콘덴서가 연결된 버스바의 전압 상실은 또 다른 중요한 문제가 됩니다. 작동 중인 콘덴서가 갑자기 전압을 잃으면 변전소 공급 측에서 트립이 발생하거나 주 변압기가 분리될 수 있습니다. 이러한 조건 하에서 콘덴서가 즉시 분리되지 않으면 손상적인 오버볼트를 경험할 수 있습니다. 또한, 전압 복구 전에 콘덴서를 제거하지 않으면 공진 오버볼트가 발생하여 변압기나 콘덴서 자체를 손상시킬 수 있으므로, 전압 상실 보호 장치가 필수적입니다. 이 장치는 전압 상실 후 콘덴서가 신뢰성 있게 분리되도록 하고, 전압이 완전히 정상으로 복구된 후에만 재연결되도록 해야 합니다.
▲ 회로 차단기 작동에 의한 오버볼트
회로 차단기 작동도 오버볼트를 생성할 수 있습니다. 콘덴서 스위칭에는 주로 진공 회로 차단기가 사용되며, 폐쇄 작동 중에 발생하는 접점 뛰어넘기가 오버볼트를 유발할 수 있습니다. 이러한 오버볼트는 상대적으로 낮은 피크를 가지지만, 콘덴서에 미치는 영향은 무시할 수 없습니다. 반대로, 회로 차단기 개방(분리) 중에 발생할 수 있는 오버볼트는 훨씬 높아 콘덴서를 파괴할 수 있으므로, 회로 차단기 작동 중에 발생하는 오버볼트를 효과적으로 완화하기 위한 조치가 필요합니다.
▲ 콘덴서 작동 온도 관리
콘덴서의 작동 온도도 중요한 요소입니다. 너무 높은 온도는 콘덴서의 수명과 출력 능력에 부정적인 영향을 미치므로 적극적인 통제와 관리 조치가 필요합니다. 온도가 10°C마다 용량 감소율이 두 배로 증가합니다. 장기간 고전계와 높은 온도에서 작동하는 콘덴서는 절연체의 점진적인 노화를 겪게 되며, 이로 인해 절연 손실이 증가하고 내부 온도가 급격히 상승합니다. 이는 콘덴서의 작동 수명을 단축시키고 심각한 경우 열 파괴로 이어질 수 있습니다.
콘덴서의 안전한 작동을 위해 관련 규정은 다음과 같이 명시하고 있습니다:
- 주변 온도가 30°C를 초과할 때, 환기 장치를 작동시켜 냉각해야 합니다.
- 주변 온도가 40°C에 도달하거나 이를 초과할 때, 콘덴서는 즉시 중지되어야 합니다.
따라서, 콘덴서의 작동 온도를 실시간으로 지속적으로 추적하기 위한 온도 모니터링 시스템이 필요합니다. 또한, 강제 공기 순환 조치는 열 방출 조건을 개선하여 효과적인 대류와 복사를 통해 발생한 열을 효과적으로 배출하는 데 중요합니다.
