직렬리액터(Seried Reactor)의 구조 및 특성 / 리액터용량 / 리액터정격

직렬리액터(Seried Reactor)의 구조 및 특성 / 리액터용량 / 리액터정격

 

1. 직렬리액터의 개요

전력용 콘덴서에 직렬로 삽입되는 직렬 리액터의 용량은 일반적으로 5고조파에 대응하는 콘덴서 용량의 6%를 정격 용량으로 사용하고 있다.

1) 사용목적

· 콘덴서 사용시 고조파에 의한 전압파형의 왜곡방지

· 콘덴서 투입시 돌입전류 억제

· 콘덴서 개방시 재점호한 경우 모선의 과전압 억제

· 고조파 발생원에 의한 고조파전류의 유입억제와 계전 오동작 방지

 

2. 구조 및 특성

1) 유입자냉식

보통 내철형 철심에 코일을 감아 절연유를 충진하여 붓싱을 통하여 인출하며 2차측 코일은 없으며 중성점을 외부로 인출하여 3상 일괄 결선한다.

철심은 기본파와 고주파전류의 일정 범위에 있어서 리액턴스를 유지하기 위해 적당한 크기의 여러개의 공극(Air Gap)을 두고 절연판으로 고정한다(소음발생이 크다). 코일은 주로 동축 배치하며, 콘덴서 개폐시에 리액터에 가해지는 과도전압에 충분히 견딜 수 있도록 철심의 접착과 권선간 절연을 견고하게 하여야 한다.

철심형 직렬리액터는 전류가 어느 한도 이상이 되면 철심의 포화영향으로 리액턴스-전류 특성이 그림2와 같이 변하므로, 예상된 고조파 중첩전류에 대해서 직선성이 유지되지 않는다. 즉, 중첩된 고조파전류에 대해서 인덕턴스가 저하하여 제5고조파에 대한 리액턴스가 기본파의 5배 이하로 되면 직렬리액터의 고조파에 대한 효과가 없어진다. 보통 철심형 리액터는 기본파 전류의 150% 정도까지 직성성이 유지되도록 설계된다.

또한 콘덴서 뱅크의 투입시 직렬 리액터에 걸리는 과도전압은 평상시의 20배 정도로서 여기에 100~10,000[c/sec] 정도의 감쇄성의 진동전압이 중첩되어 있다. 이로 인한 돌입전류도 평상시의 수배이고, 과도 주파수가 수배로 되어 전압은 콘덴서에 걸리지 않고 리액터에 걸리게 된다.

콘덴서 뱅크 개방시 직렬 리액터에 걸리는 과도전압은 재점호를 한 경우와 재점호를 하지 않는 경우로 나누어 볼 때, 재점호에 의해 상당한 과대전압이 걸리기 때문에 콘덴서 뱅크의 재점호는 가능한 한 없도록 해야 하고 직렬리액터의 절연설계는 과대전압에 대해 충분한 절연강도를 갖도록 해야 한다.

콘덴서 뱅크에 고장이 발생한 경우 또는 모선의 단락, 지락 등의 고장시에는 전원, 선로의 리액턴스와 직렬 리액터의 리액턴스에 의해 결정되는 고장전류가 리액터에 흐르게 된다.

전원측을 무한한 모선으로 가정하면 리액터의 리액턴스에 의해 고장전류가 결정되나, 이 리액턴스는 그림 14와 같이 과대 전류에 대해 감소하게 되므로 거의 공심 리액터의 리액턴스에 가깝게 되어, 그 값은 평상 리액턴스 값의 수분의 일로 된다. 따라서 보통의 리액턴스가 6%인 경우 고장시의 전류는 100배 이상으로 될 수 있다.

 

2) 건식공심

리액터를 구성하는 자기회로가 공심(Air)이므로 철심을 사용하는 리액터와 같이 철심의 포화특성이 없어 통상의 사용범위에 있어 전류의 크기변화에 대해 그 인덕턴스 값이 일정하며 선형적이다.

주자속과 권선과 권선내 공간을 통과하는데 철심형에 비해 권선을 통과하는 자속이 크므로 와류손이나 전자 기계력이 크게 된다. 또 권선 내를 통과한 자속이 공간에 분산되어 인접한 금속물체가 있을 경우 자속 쇄교에 의한 표유손 발생으로 물체가 가열될 우려가 있다.

그림4는 건식 공심리액터가 금속성 물체와 유지해야 할 최소 이격거리를 제시하며, 이것은 인접한 금속물체가 작은 경우이고, 폐회로를 이루고 있는 대형 금속물체가 있을 경우에는 이 이격거리는 2배가 되어야 한다. 만일 이격거리가 유지도지 못하거나 설계상의 필요가 있을 시에는 적절한 자기적 차폐를 하여야 한다.

공심형 리액터의 손실은 동손으로서 그중 와전류손(단면적에 비례)은 철심형에 비해 손실이 크므로 손실증가를 방지하기 위해 도체 병렬수를 증가시키고 각 병렬도체들은 자속 쇄교에 대해 평행 통로가 되도록 구성된다.

공심리액터는 자기포화 현상이 없어 고장시의 과대전류에 대한 리액턴스 값의 변화가 없으므로 단락전류가 일정치 이하로 억제된다. 그리고 공심리액터의 단자간에 회로의 전전압이 인가되어도 일정한 리액턴스를 가지므로 그림5와 같이 콘덴서 뱅크로부터 모선측에 직렬로 설치되는 경우 콘덴서 뱅크 개폐기의 차단용량을 감소할 수 있는 이득이 있다. 이것은 직렬리액터를 한류리액터로 겸용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

 

3. 리액터의 용량

콘덴서 사용에 의하여 발생되는 고조파중 제3고조파는 변압기의 델타 결선에서 순환되므로 가장 문제가 되는 제5고조파를 제거하기 위하여 직렬 리액터의 용량은 유도성 및 용량성 리액턴스의 공지조건에 의하여

콘덴서 리액턴스의 4% 이상되는 직렬 리액터의 리액턴스가 필요하나, 실제로는 6%를 표준으로 하며, 6.6KV 이하의 고압에서는 직렬 리액터를 생략한다.

1) 정격전류

콘덴서 뱅크 정격전류와 같은 값

2) 정격전압

리액터에 정격전류를 흘릴 때의 단자간의 전압

3) 정격용량

정격전류 * 정격단자전압(3상의 경우는 3배) 허용차는 -5~+10%

4) 절연저항

1,000V 절연저항계로 측정하여 1,000㏁ 이상(23KV 급은 500㏁ 이상)

5) 최대사용전류

기본파전류에 대한 제5고조파 함유률 35% 이하에서 정격전류의 120% 이하이어야 한다.

6) 최고허용전류

콘덴서 뱅크의 최고허용전류 및 콘덴서 고장시 단시간 전류를 허용하여야 한다.

7) 온도상승

권선의 온도상승은 유입자냉식의 경우 55℃ 이하. 공심 건식의 경우 80℃ 이하로 정해지며, 유입자냉식의 절연유 온도 상승은 50℃ 이하로 제한된다.

8) 손실

정격용량의 1~3% 정도이다.

 

4. 직렬리액터의 정격

[표] 직렬리액터의 정격

 

5. 절연기준과 정격전류

[표] 절연기준과 정격전류

상용주파 내전압시험 시간을 1분이며, 충격내전압시험에 사용되는 충격파형은 1.2/50㎲ 이다.