[논문]선형 및 비선형 부하 운전시 역률 보상 커패시터의 특성 해석

김종겸; 박영진; 이동주; 이은웅; 김일중

[국내논문] 선형 및 비선형 부하 운전시 역률 보상 커패시터의 특성 해석
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김종겸 (강릉원주대) , 박영진 (강릉원주대) , 이동주 (충남대) , 이은웅 (충남대) , 김일중 (호서대)

전력용 커패시터는 전압 보상 및 부하에 필요한 무효전력을 전원측을 대신하여 공급함으로서 역률을 향상시킬 수 있으며, 리액터와 직렬로 연결할 경우 비선형 부하에서 발생하는 고조파 성분을 흡수하여 전압 고조파 왜형을 줄이고 전류고조파를 흡수하는 필터로도 사용이 가능하다. 그러나 수용가 부하가 일정하지 않고 변동하거나 선형부하와 비선형 부하가 존재할 경우 커패시터가 고조파의 홉수 등으로 인해 고장이 나는 경우가 많은 편이다. 그래서 본 연구에서는 현장에서 각 부하기기에 고조파를 줄이는 장치의 부착과 부착 전후 커패시터에 미치는 영향을 측정 분석하여 커패시터 규정과의 비교도 실시하였다.

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문제 정의

본 연구에서는 선형 및 비선형 부하의 단독 운전 시와 혼합 운전시 역률 개선용 커패시터에서의 전류의 크기를 측정하여 규정과 비교하였다. 선형부하의 단독 운전 시에는 역률 보상과 고조파를 줄이도록 설계한 리액터 부착커패시터에는 약간의 고조파 성분이 존재하지만, 매우 낮은 값을 나타내었다.

제안 방법

선형 및 비선형 부하의 사용시 커패시터가 받을 수 있는 영향을 분석하가 위해 실 회로를 구성하여 측정하고 허용되는 범위와 비교하였다.
역률 보상 및 고조파 저감을 위해 설치하는 커패시터가 받는 스트레스를 해석하기 위해 선형 부하만의 운전과 비선형 부하만의 단독 운전 그리고 흔합 운전시에 변화를 측정하였다. 역률 보상용 커패시터는 3상 380[V], 45[仍, 3.
이와 같은 고조파를 저감하는 동시에 역률을 보상하기 위해 부하측 PCC에 리액터와 함께 커패시터를 설치하여 고조파 저감과 역률을 동시에 가능하도록 하고 있다. 그러나 커패시터가 전기적인 스트레스로 제 수명을 다하지 못하는 경우가 많아 이에 대한 원인을 찾고자 실제 회로를 구성하여 측정하고 결과를 분석하였다.

대상 데이터

측정하였다. 역률 보상용 커패시터는 3상 380[V], 45[仍, 3.72[A]의 정격을 사용하였으며, 시스템 설계시 역률은 95[%]가 되도록 파라미터를 설정하였다.

성능/효과

그림 刎에서와 같이 전압에 대해 부하측 및 전원 측 전류 파형을 일치하며 지상이지만, 그림 2»와 같이리액터가 부착된 커패시터를 투입할 경우 역률을 매우 높아지지만 전원 및 커패시터에 약간의 전류 고조파 성분이 포함됨을 확인할 수 있다. 이때 커패시터에서의 전류는 3.
그림 4W는 선형부하에 역률 개선용 커패시터를 설치하고서 운전한 경우 전원전압, 전원 전류, 커패시터 전류를 측정한 것으로서 역률은 매우 높아졌으며, 전원 전류의 파형도 고조파 성분이 매우 저감된 형태로 나타나는데, 이때 고조파 성분은 변압기 2차 측에 설치된 역률 보상용 커패시터가 대부분 흡수하기 때문이다. 이 커패시터에 흐르는 전류는 4.91IA]로서 표 1에서 제시한 실효치 전류값의 132[%]로서 커패시터의 전류 허용치 안에는 들어가지만 다른 조건에 비해 최대값이 높게 된다는 것을 확인할 수 있었다.
3가지 부하 중에서 전압 파형에 가장 큰 장애 요인으로 작용하는 것은 PWM 인버터 장치로 여겨지며, 역률은 당초 설정한 값과 일치되었으며, 고조파 전류를 흡수하는 역할도 하는 커패시터에 흐르는 4.3[A]로서 커패시터 정격전류의 115.6[%]로서 표 1에서 정하고 있는 허용범위 이내에 들어감을 확인할 수 있다.

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