콘덴서로 진상 무효전류를 공급하여 유도성 부하의 지상 무효전류를 감소시켜 역률을 개선한다.

[해설]

유도성 부하는 지상 무효전류를 흘리는데, 콘덴서는 반대로 진상 무효전류를 공급해 두 무효전류가 상쇄되면서 전체 무효전류가 줄어들어 역률이 개선된다.

유효전력은 그대로 유지한 채 무효전력만 줄이는 원리이므로, 콘덴서는 실제 일을 하는 전력을 만들어내는 것이 아니라 무효분을 상쇄하는 역할만 한다는 점이 핵심이다.

1) 전력손실 증가 2) 전기요금 증가 3) 전압강하 증가 4) 부하용량 증가

[해설]

역률이 낮으면 같은 유효전력을 보내기 위해 더 큰 전류가 흘러야 하므로, 전류 제곱에 비례하는 전력손실과 선로의 전압강하가 함께 커진다.

변압기·선로 등 설비 용량도 피상전력 기준으로 커져야 하고, 저역률에는 요금 할증이 붙어 전기요금도 늘어난다.

더 크면 역률개선의 역효과가 발생한다

[해설]

콘덴서 용량이 부하의 지상 무효분보다 커지면 진상 역률(과보상) 상태가 되어 전압 상승·손실 증가 등 역률개선의 역효과가 나타난다.

따라서 콘덴서 용량의 상한은 부하의 지상 무효분보다 작게 잡는 것이 원칙이다.

1) 고조파 왜곡의 증대 2) 모선전압 과상승 3) 앞선 역률에 의한 전력손실 발생 4) 설비용량 여력감소로 과부하 발생 5) 계전기 오동작

[해설]

필요 이상으로 콘덴서를 설치해 진상 역률(과보상) 상태가 되면 모선전압이 비정상적으로 상승하고, 고조파 왜곡이 확대되며, 오히려 앞선 역률에 의한 전력손실이 새로 발생한다.

전압 상승과 왜곡은 계전기 오동작으로 이어질 수 있고, 설비용량 여력이 줄어 과부하가 발생하기 쉬워진다는 점이 과보상의 대표적 결점이다.

콘덴서 전류가 전동기의 무부하 전류보다 큰 경우 전동기 단자전압이 일시적으로 정격전압을 초과하기 때문

[해설]

전동기가 정지 관성으로 회전을 지속하는 동안 병렬 콘덴서의 진상전류가 전동기의 무부하 전류보다 커지면, 전동기가 유도발전기처럼 여자되어 단자전압이 일시적으로 정격전압을 넘어서는 자기여자현상이 나타난다.

이 현상은 절연 파괴로 이어질 수 있어, 콘덴서를 개별설치할 때는 콘덴서 용량이 전동기의 무부하 여자전류를 넘지 않도록 주의해야 한다는 점이 채점 포인트다.

전력손실 경감

[해설]

개별설치는 콘덴서를 각 부하기기 바로 앞에 두어 무효전력이 발생하는 지점에서 즉시 보상하므로, 간선에 흐르는 무효전류가 줄어 선로의 전력손실과 전압강하가 함께 줄어드는 것이 핵심 이유이다.

이는 수전측 모선에 콘덴서를 일괄로 모아 설치하는 집중설치와 대비되는데, 집중설치는 변압기·인입선 쪽만 개선될 뿐 구내 배선 전체의 손실은 그대로 남는다.

유지보수 및 설치 비용 증가

[해설]

부하기기 수만큼 콘덴서와 부속 개폐기·퓨즈를 개별로 갖춰야 하므로 설치 비용이 늘고, 점검 대상 기기 수도 그만큼 늘어나 유지보수 비용까지 커지는 것이 개별설치의 단점이다.

반대로 콘덴서를 한 곳에 모아 설치하는 집중설치는 관리 대상이 하나로 줄어 비용은 낮지만, 부하별 무효전력 보상의 정밀도는 떨어진다.

1) 무효전력에 의한 제어 2) 역률에 의한 제어 3) 시간에 의한 제어 4) 전압에 의한 제어 5) 전류에 의한 제어

[해설]

콘덴서의 자동 역률 제어는 부하 변동에 따라 콘덴서 뱅크를 자동으로 증감시켜 목표 역률을 유지하는 것으로, 어떤 값을 검출 신호로 쓰느냐에 따라 방식이 나뉜다.

• 무효전력에 의한 제어: 계통의 무효전력량을 직접 검출해 투입·차단
• 역률에 의한 제어: 부하 역률이 기준치 이하로 떨어지면 투입
• 시간에 의한 제어: 부하 패턴이 일정한 경우 시간표(타임스위치)로 개폐
• 전압에 의한 제어: 모선전압 저하시 투입해 전압을 보상
• 전류에 의한 제어: 부하전류 크기를 기준으로 투입

1) 콘덴서 설비내의 배선단락 2) 콘덴서 층간 절연파괴 3) 콘덴서 소체파괴 4) 콘덴서 설비의 모선단락

[해설]

콘덴서 사고는 대부분 도체간 단락이나 소자·절연물의 절연파괴에서 비롯되며, 사고 지점이 콘덴서 소자 내부인지 아니면 배선·모선인지에 따라 원인을 구분한다.

• 콘덴서 설비내의 배선단락: 콘덴서로 인입되는 배선 자체의 단락
• 콘덴서 층간 절연파괴: 소자 내부 유전체 절연이 열화·파괴되는 경우
• 콘덴서 소체파괴: 케이스나 소자 본체가 손상되는 경우
• 콘덴서 설비의 모선단락: 뱅크가 접속되는 모선측 단락사고

1) 저전압 계전기 2) 지락 과전압 계전기 3) 지락 과전류 계전기 4) 과전압 계전기 5) 과전류 계전기

[해설]

진상콘덴서는 자체 소손뿐 아니라 계통 이상시 전원측에도 영향을 줄 수 있어, 콘덴서 자신의 이상(과전류·과전압)과 계통측 이상(지락)을 함께 검출하는 보호계전기를 조합해 보호한다.

• 저전압 계전기: 정전·결상시 개방해 재투입에 의한 이상전압 방지
• 지락 과전압 계전기: 비접지 계통의 지락시 영상전압을 검출
• 지락 과전류 계전기: 지락전류를 검출해 차단
• 과전압 계전기: 콘덴서 과전압에 의한 소손 방지
• 과전류 계전기: 콘덴서 과전류에 의한 소손 방지

콘덴서는 본선에 직접 접속하고 특히 전용의 ( 퓨즈 ), （ 개폐기 ), （ 유입차단기 ) 등을 설치 하지 말것

[해설]

전동기와 병렬로 접속되는 소용량 개별 콘덴서는 본선에 직접 접속하고, 전용의 퓨즈·개폐기·유입차단기를 별도로 두지 않는 것이 원칙이다.

콘덴서만 별도 개폐기로 단독 개폐하도록 하면 전동기가 정지한 뒤에도 콘덴서만 계통에 남거나 반대로 콘덴서만 단독으로 분리되는 오조작 우려가 있고, 전동기 회전 관성이 남은 상태에서 콘덴서가 홀로 접속되면 자기여자에 의한 이상전압이 발생할 소지가 있어 전동기용 개폐기와 함께 동시에 개폐되도록 하는 것이다.

가연성 유를 봉입한 고압 진상용 콘덴서를 설치하는 경우는 가연성의 벽, 천장 등과 ( 1[m]） 이상 이격하는것이 바람직하다

[해설]

가연성 절연유를 봉입한 콘덴서는 내부 소손시 유출된 기름이 화재로 번질 위험이 있어, 가연성의 벽·천장 등과 1[m] 이상 이격해 화재 확산을 막는 것이 이 이격거리 기준의 취지이다.

고압 진상용 콘덴서는 유입식이 많아 내부 압력 상승으로 케이스가 부풀거나 파열되면 절연유가 비산할 수 있으므로, 이격거리 확보와 함께 통풍과 주위 마감재의 불연화도 같이 고려한다.

방전된(무전압) 콘덴서를 전원에 투입하는 순간, 콘덴서가 급격히 충전되며 순간적으로 흐르는 정격전류보다 매우 큰 과도전류이다.
직렬리액터를 설치해 돌입전류를 억제한다.

[해설]

콘덴서는 전압이 0인 상태에서 순간적으로 전원에 투입되면 초기에는 사실상 단락 상태와 같아, 정격전류보다 훨씬 큰 돌입전류가 극히 짧은 시간 흐른 뒤 정상적인 충전전류로 수렴한다.

이를 억제하기 위해 콘덴서 회로에 직렬리액터를 넣어 회로 임피던스를 높여 투입 순간의 전류 변화율을 제한한다.

1) 부하설비로 인한 고조파(제5고조파)가 존재하는 경우 효과 : 고조파에 의한 전압 파형의 일그러짐 방지 2) 콘덴서 투입시 발생하는 큰 돌입전류에 의해 전원계통 및 부하설비에 악영항을 미칠 우려가 있는 경우 효과 : 콘덴서 투입시 돌입전류 방지

[해설]

직렬리액터는 두 가지 상황에서 필수인데, 부하설비가 만드는 제5고조파 성분이 콘덴서와 어우러져 전압파형을 일그러뜨리는 경우, 그리고 콘덴서 투입시 발생하는 돌입전류가 전원계통과 부하설비에 악영향을 줄 우려가 있는 경우이다.

두 경우 모두 콘덴서와 직렬로 리액터를 넣어 회로 임피던스를 높이는 동일한 방식으로 대응한다.

1) 부하측에 설치한다 2) 수전측 모선에 집중 설치한다

[해설]

부하측에 설치하면 무효전류가 발생하는 지점에서 바로 보상되어 선로의 전력손실 저감 효과가 크고, 수전측 모선에 집중 설치하면 관리는 편하지만 구내 배선의 손실 개선 효과는 제한적이다.

따라서 실제로는 설비 규모, 비용, 관리 편의성을 고려해 두 방식을 병용하거나 선택한다.

1) 제5고조파 제거 一 파형개선 2) 콘덴서 투입시 돌입전류 억제 3) 콘덴서 개방시 과전압 억제 4) 파형의 일그러짐 개선 5) 고조파 전류의 유입억제 6) 계전기 오동작 방지

[해설]

직렬리액터는 콘덴서 회로의 임피던스를 높여 제5고조파 문제와 돌입전류 문제를 동시에 완화하는 소자이다.

• 제5고조파 제거·파형개선: 리액터가 제5고조파에 대해 회로를 유도성으로 만들어 확대를 막음
• 콘덴서 투입시 돌입전류 억제: 회로 임피던스 증가로 전류 변화율 제한
• 콘덴서 개방시 과전압 억제
• 파형의 일그러짐 개선
• 고조파 전류의 유입억제
• 계전기 오동작 방지: 고조파에 의한 계전기 오검출 방지

1) 유 누설 유무 2) 용기 발청 유무 3) 단자 이완 및 과열 유무

[해설]

병렬 콘덴서의 정기점검은 유 누설 유무, 용기 발청(부식) 유무, 단자 이완 및 과열 유무 세 가지를 육안 위주로 확인한다.

세 항목 모두 그대로 두면 절연 성능 저하나 접촉저항 증가로 이어져 결국 콘덴서 소손이나 화재로 번지는 초기 징후이기 때문에, 조기에 발견하는 것이 점검의 목적이다.

1) 고압·특고압 : 5초이내, 5O[V] 이하 2) 저압 : 3분이내, 75[V] 이하

[해설]

방전코일은 콘덴서 개방 후 남아있는 잔류전하를 신속히 방전시켜 재투입시 이상전압이나 감전사고를 막기 위한 장치로, 전압 등급에 따라 방전시간과 잔류전압 기준이 다르다.

구분	방전시간	잔류전압
고압·특고압	5초 이내	50[V] 이하
저압	3분 이내	75[V] 이하

1) 이론상 : 4% 2) 실제상 : 6%

[해설]

직렬리액터의 용량은 콘덴서와의 직렬공진을 제5고조파 주파수 부근에서 피하도록 정하는데, 이론상으로는 콘덴서 용량의 4[%]면 충분하지만 실제로는 전원전압·주파수 변동과 콘덴서 용량 오차를 고려해 여유를 둔 6[%]를 표준으로 채택한다.

이론값은 $X_L=\dfrac{X_C}{n^2}=\dfrac{X_C}{5^2}=0.04\,X_C$로 산출되며, 실제 설계에서는 여기에 여유를 더해 $6\%$를 적용한다.

1) 직렬 리액터 : 제5고조파 제거 2) 분로(병렬) 리액티 : 페란티 현상 방지 3) 소호 리액터 : 지락전류 제한 4) 한류 리액터 : 단락전류 제한

[해설]

리액터는 직렬·분로·소호·한류 네 종류가 이름은 비슷해도 설치 위치와 목적이 전혀 다르므로 혼동하지 않도록 구분해 두어야 한다.

• 직렬 리액터: 콘덴서와 직렬로 넣어 제5고조파 제거
• 분로(병렬) 리액터: 초고압 장거리 송전선의 충전전류로 인한 페란티 현상 방지
• 소호 리액터: 중성점에 설치해 1선 지락시 지락전류를 제한
• 한류 리액터: 단락사고시 단락전류 크기를 제한해 차단기 부담 경감

무부하시 흐르는 충전전류에 의해 발생

[해설]

경부하나 무부하 시에는 선로에 흐르는 전류의 대부분이 선로의 대지 정전용량에 의한 충전전류(진상전류)가 되는데, 이 진상전류가 선로 인덕턴스와 작용해 오히려 수전단전압이 송전단전압보다 높아지는 것이 페란티 현상의 발생 원인이다.

따라서 케이블 구간이나 초고압 장거리 송전선처럼 정전용량이 큰 계통에서 두드러지며, 대책으로는 분로(병렬) 리액터를 설치해 진상 무효전력을 상쇄한다.

1) 용단 특성 2) 단시간 허용특성 3) 전차단 특성

[해설]

전력퓨즈의 특성은 용단특성, 단시간 허용특성, 전차단특성의 세 측면에서 규정된다.

• 용단특성: 정격전류를 초과하는 전류가 일정시간 흐를 때 용단되는 전류-시간 특성
• 단시간 허용특성: 단시간 동안은 정격을 초과해도 용단되지 않고 견디는 특성
• 전차단특성: 사고전류를 완전히 차단하기까지의 특성으로 아크 소호 과정을 포함

1) 응답특성이 빠르다 2) 조작에 제한이 없다 3) 유지,보수가 간단하다 4) 신뢰성이 높다

[해설]

SVC(정지형 무효전력보상장치)는 사이리스터 등 반도체 소자로 무효전력을 연속 제어하므로, 기계적 개폐부를 가진 동기조상기·콘덴서뱅크에 비해 여러 장점을 갖는다.

• 응답특성이 빠르다: 반도체 소자 제어로 수 사이클 내에 응동
• 조작에 제한이 없다: 기계적 개폐 횟수 제약이 없음
• 유지·보수가 간단하다: 가동부가 없어 마모·고장 요인이 적음
• 신뢰성이 높다

단락전류

[해설]

전력퓨즈는 평상시의 부하전류는 그대로 통전시키고, 단락전류처럼 매우 큰 이상전류가 흘렀을 때만 신속히 용단·차단하도록 설계된 소자이다.

반대로 완만하게 증가하는 과부하전류의 차단에는 적합하지 않아, 과부하 보호는 별도의 과부하계전기(열동계전기 등)가 담당하도록 조합해 사용한다.

1) 부하전류 : 안전하게 통전 2) 과전류 : 차단하여 전로나 기기를 보호

[해설]

퓨즈는 정상적인 부하전류는 안전하게 계속 통전시키고, 과전류가 흐르면 스스로 용단되어 회로를 차단함으로써 전로와 기기를 보호한다.

즉 하나의 소자가 통전과 차단이라는 두 역할을 동시에 맡으며, 별도의 검출 계전기 없이 자신이 감지하고 동작한다는 점이 특징이다.

1) 용단 특성 2) 단시간 허용특성 3) 전차단 특성

[해설]

전력퓨즈의 특성은 용단특성, 단시간 허용특성, 전차단특성의 세 측면에서 규정된다.

• 용단특성: 정격전류를 초과하는 전류가 일정시간 흐를 때 용단되는 전류-시간 특성
• 단시간 허용특성: 단시간 동안은 정격을 초과해도 용단되지 않고 견디는 특성
• 전차단특성: 사고전류를 완전히 차단하기까지의 특성으로 아크 소호 과정을 포함

1) 정격전압 2) 정격전류 3) 정격 차단전류 4) 사용장소

[해설]

퓨즈를 선정할 때는 사용전압, 통전전류, 차단해야 할 최대전류, 설치환경을 모두 확인해야 정상 부하에서는 동작하지 않으면서 사고시에는 확실히 차단하는 퓨즈를 고를 수 있다.

• 정격전압: 회로 전압 이상일 것
• 정격전류: 부하전류에 여유 있게 견딜 것
• 정격 차단전류: 예상되는 최대 단락전류 이상일 것
• 사용장소: 옥내·옥외, 온도 등 설치환경에 적합할 것

1) 기동전류에 동작하지 말것 2) 과부하에 동작하지 말것 3) 여자 돌입전류에 동작하지 말것 4) 보호기기와 협조를 가질것

[해설]

전력퓨즈는 기동전류·여자돌입전류처럼 정상적으로 발생하는 일시적 과도전류에는 동작하지 않아야 하고, 실제 사고전류에는 신속·확실하게 동작해야 하며, 앞뒤의 다른 보호기기와 협조도 맞아야 한다.

• 기동전류에 동작하지 말 것: 전동기 기동전류로 인한 오동작 방지
• 과부하에 동작하지 말 것: 일시적 과부하는 견딜 것
• 여자돌입전류에 동작하지 말 것: 변압기 여자돌입전류로 인한 오동작 방지
• 보호기기와 협조를 가질 것: 상위·하위 보호기기와 동작 시간·전류 협조

1) 고속도 차단한다 2) 릴레이가 필요없다 3) 소형·경량이다 4) 가격이 싸다 5) 소형으로 큰 차단용량을 갖는다

[해설]

퓨즈는 계전기·차단기 조합에 비해 구조가 단순한 만큼 고속도 차단과 릴레이 불필요라는 고유한 장점을 갖는다.

• 고속도 차단: 용단만으로 동작해 계전기 판정시간이 없음
• 릴레이가 필요없다: 자체 감지·동작 소자이므로 별도 계전기 불필요
• 소형·경량이다
• 가격이 싸다
• 소형으로 큰 차단용량을 갖는다

1) 차단시 이상전압 발생 2) 비보호 영역이 존재 3) 재투입 불가 4) 사용중 열화하여 결상되기 쉽다 5) 과도전류로 용단되기 쉽다

[해설]

퓨즈는 기계적 접점 개폐가 아니라 용단으로 동작하는 일회용 소자이므로, 그 구조 자체에서 오는 한계도 뚜렷하다.

• 차단시 이상전압 발생: 아크 소호 과정에서 서지 발생
• 비보호 영역이 존재: 소전류 영역에서 확실히 동작하지 않는 구간 존재
• 재투입 불가: 한번 용단되면 교체 전까지 재사용 불가
• 사용중 열화하여 결상되기 쉽다: 장기 사용에 따른 특성 저하
• 과도전류로 용단되기 쉽다: 기동전류 등에 의한 오동작 우려

1) 사용목적에 적합한 전용의 전력퓨즈를 사용 2) 결상계전기 사용 3) 계통의 절연강도를 퓨즈의 과전압값 보다 높게한다

[해설]

퓨즈의 단점은 소자의 구조적 한계에서 오는 것이므로, 용도에 맞는 전용 퓨즈 선정과 함께 결상계전기 같은 다른 보호요소를 병행해 보완한다.

• 사용목적에 적합한 전용의 전력퓨즈를 사용: 오동작·비보호영역 문제 완화
• 결상계전기 사용: 1선 용단(결상)에 의한 전동기 소손 등 방지
• 계통의 절연강도를 퓨즈의 과전압값보다 높게 설계: 차단시 발생하는 이상전압에 견디도록

① 60초 이내
② 0.2초 이내
③ 60초 이내
④ 0.1초 이내

[해설]

불용단시간은 그 배수의 과전류에서 퓨즈가 끊어지지 않고 버텨야 하는 보장 시간이고, 용단시간은 반드시 끊어져 회로를 차단해야 하는 허용 시간으로, 두 값이 시간-전류 특성의 하한과 상한을 이룬다.

같은 열 안에서는 배수가 커질수록 시간이 짧아진다. 불용단 열은 4배(①) → 8배 0.5초 → 10배(②) 순으로, 용단 열은 6.3배(③) → 12.5배 0.5초 → 19배(④) 순으로 단조 감소하므로, 각 열에서 배수가 가장 작은 ①과 ③이 가장 완만한 60초 이내가 되고, ②·④는 바로 앞 단계인 0.5초보다 짧은 0.2초·0.1초 이내가 된다.

표를 외울 때는 ①·②가 불용단 열, ③·④가 용단 열이라는 위치를 먼저 확인하는 것이 핵심이며, 답안은 '초' 단위와 '이내' 표현까지 붙여 써야 인정된다.

① 7.5[kV]
② 15.5[kV]
③ 23[kV]
④ 72.5[kV]
⑤ 161[kV]

[해설]

전력퓨즈의 정격전압은 계통전압을 그대로 쓰지 않고 계통전압보다 한 단계 높은 표준값으로 정하며, 최대 설계전압은 다시 그보다 높게 잡아 퓨즈가 견뎌야 할 상한을 나타낸다. 따라서 한 행은 항상 계통전압 < 퓨즈 정격전압 < 최대 설계전압 순서로 짝을 이룬다.

빈칸을 열로 나누면 ①·③·⑤는 퓨즈 정격전압 열, ②·④는 최대 설계전압 열이다. 6.6[kV] 계통은 최대 설계전압 8.25[kV]와 짝인 7.5[kV], 22(22.9)[kV] 계통은 25.8[kV]와 짝인 23[kV], 154[kV] 계통은 169[kV]와 짝인 161[kV]가 정격전압이 된다.

반대로 ②·④는 이미 주어진 정격전압 15[kV]·69[kV]에 대응하는 최대 설계전압이므로 각각 15.5[kV], 72.5[kV]다. 세 값이 한 벌로 묶여 있는 표이므로 한 값만 알면 나머지를 짚어낼 수 있다.

① 한류리액터 (직렬 접속, 단락전류 제한)
② 분로리액터 (병렬리액터, 페란티 현상 방지)
③ 소호리액터 (중성점 접속, 1선 지락 시 아크 소호) [tip] 한단·분페·소아 — 한류는 단락, 분로는 페란티, 소호는 아크

[해설]

전력계통용 리액터는 설치 목적에 따라 한류리액터·분로리액터·소호리액터로 구분되며, 접속 방식이 각각 직렬·병렬·중성점으로 다르다.

한류리액터는 회로에 직렬로 넣어 임피던스를 키움으로써 단락사고 시 단락전류를 제한하고 차단기의 차단용량 부담을 줄인다.

분로리액터는 장거리 송전선의 충전전류 때문에 수전단 전압이 송전단보다 높아지는 페란티 현상을 억제하려고 선로에 병렬(분로)로 설치해 진상 무효전력을 상쇄한다.

소호리액터는 중성점을 리액턴스로 접지해 1선 지락 시 대지 정전용량 전류와 상쇄되는 전류를 흘림으로써 지락 아크를 자연 소호시킨다.