전력용콘덴서의 구성(유전체, 전극, 절연유)

전력용콘덴서의 구성(유전체, 전극, 절연유)

 

1. 전력용콘덴서의 구성

콘덴서는 적당한 두께(0.0006~0.030mm)의 폴리프로필렌 필름과 콘덴서 절연지와 알루미늄호일(두께 0.007~0.060mm)을 번갈아 겹쳐 감아올린 것을 소자로 하여 이 소자를 수십개의 직병렬로 접속한 후 용기에 넣어 진공 건조 후 절연유(천연광유, 방향족 탄화수소계)를 함침한 것이다.

또 수평배열된 콘덴서 소자의 조합으로 그림 2 에서와 같이 각 소자별 개별 휴즈를 설치하여 콘덴서 내부 고장시 내장 휴즈가 즉시 동작하여 해당 소자를 회로로부터 분리시키는 기능을 갖게 되며, 고장 지속에 따른 아크 전극간의 아크 발생으로 분해 가스 압력이 콘덴서 용기의 팽창과 용기파열에 의한 고장확대 및 화재를 예방할 수 있는 휴즈 내장콘덴서가 사용되기도 한다.

 

휴즈차단 원리

단위 콘덴서 내 소자에서 고장 발생시 각 소자에 설치된 금속재질의 내장휴즈는 소자를 구성하고 있는 전극간의 유전체의 절연파괴가 발생함과 동시에 병렬로 연결된 소자그룹의 방전현상이 고정 소자를 폐회로로하여 정격전류의 15~20배의 순간 전류상승을 일으키게 된다. 이러한 순간 전류상승은 수 사이클 범위내에서 고장소자측 내장퓨즈를 용단시키며. 단위 콘덴서의 내부 구성 회로로부터 고장 소자를 분리하게 된다. 건전 소자는 수 msec 이내에 재충전이 이루어지게 된다.

단위콘덴서 내의 병렬 구성소자의 수는 고장 소자 분리에 따른 용량 변화 및 건전 소자의 전압 분배상 전압 상승분을 고려하여 콘덴서의 수명에 영향을 미치지 않는 범위내에서 결정된다.

 

1) 유전체

금속전극의 절연에 사용되는 유전체는 개량을 거듭하여 유전체 손실이 0.3[watt/kVAR]에 이르게 되었으며, 이는 콘덴서 체적과 손실을 줄이는 핵심을 이루고 있으며, 표면구조는 절연유의 함침을 돕기 위하여 요철구조로 되어 있다.

1-1) 전역용 콘덴서용 유전체에 요구되는 특성

현재는 내저압 특성이 우수하고 유전손실이 극히 적은 2축 연신 폴리프로필렌 필름이 사용되고 있다.

· 절연내력이 높을 것

· 균일도가 클 것

· 유전체 손실이 작을 것

· 유전율이 높을 것

· 열적, 화학적으로 안정할 것

· 함침 후 전기적으로 안정될 것

· 적당한 인장의 세기와 신축률을 가질 것.

· 가격이 저렴할 것

1-2) 유전체의 종류

· 절연지 : 크라프트지

· 필름 : 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리에스터계, 불소계, 염소계, 질소계

· 합성절연지 : 절연지 + 필름

 

2) 전극

과거에는 주석이 사용되었으나, 현재는 전기적, 기계적면에서 성능이 우수한 완전소둔, 건조, 고밀도의 알루미늄박이 전력용 콘덴서의 전극으로 사용되고 있다.

전극의 edge에서의 전계집중으로 인한 절연파괴를 방지하기 위해 알루미늄박을 레이저로 절단하거나 전극 끝을 그림4와 같이 만들기도 한다.

 

3) 함침재(절연유)

1-1) 전력용 콘덴서용 함침재에 요구되는 특성

· 절연파괴전압 높을 것

· 비유전율이 높을 것(2.3~2.7)

· 전압에 대한 안정도가 양호할 것

· 고유저항이 높을 것

· 유전체 역률이 낮을 것(손실과 관계됨)

· 함침온도에서 유동성이 좋을 것

· 물리적, 화학적으로 안정될 것

· 응고점이 낮을 것

· 인화점이 높을 것

· 진공함침에 따른 침투성이 좋고, 온도변화에 따른 공극 생성이 없어야 한다.

1-2) 함침재의 종류

· 광유계절연유 : 1종 1호

· 방향족 탄화수소계 절연유 : DDB, DIPN, PXE(국내제작사 주로사용) 등이 있다.

· 실리콘유 : 6종

· Estr 유