전력용 커패시터는 어떻게 점검할까 ? (출처 : 전기기술인 5, 6)

전력용 커패시터는 주로 수, 변전 계통에 이용되는 전기설비이다. 전기사업자로부터 공급받는 전기는 변압기로 강압되어 수용가의 조명, 전열 및 동력부하의 에너지원으로 사용된다. 부하에 의한 역률이란 "피상전력에 대한 유효전력의 비율"을 말하며 일반적으로는 지상인 경우가 많고 전기요금 절감, 전기설비의 효율적 사용 등의 측면에서 불리하므로 역률을 100%에 가깝게 보상하기 위해 전력용 커패시터를 설치하고 있다.

역률을 개선하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

 

1) 지상 무효전력을 보상하여 선로전류 감소, 선로, 변압기 손실 및 소비전력 저감

2) 선로, 변압기의 부하 부담 저감으로 설비 여력이 증가되므로 기존 변압기, 전선로의 부하 증설 가능

3) 무효 전류 및 유도성 리액턴스 감소에 의한 선로 전압강하 저감

4) 전압강하 저감으로 전압 제곱에 비례하는 열량과 토크가 증가하여 생산성 향상

5) 지상 무효전력 감소에 의한 전압변동률 저감

6) 전기사업자 측 전기 할증요금 미부과

 

[1] 전력용 커패시터의 구조 및 열화

(1) 전력용 커패시터의 구조

전력용 커패시터는 지상 무효전력을 보상하기 위해 다음과 같은 구조를 이루어져 있다.

고압 커패시터 소체 : 금속박전극, 유전체

고압 커패시터 구성요소 : 접속단자, 부싱, 외함, 소체, 결합밴드, 절연밴드, 고정금구

1. 전력용 커패시터 분체 : 소체(유전체, Kraft paper 또는 polypropylene film 등)와 전극(알루미늄 등의 금속박 전극 또는 알류미늄이나 아연 증착 전극)으로 구성), 외함, 철심, 권선, 고체 절연물 등

2. 외장품 : 부싱, O-ring, 금구(접속 단자, 고정금구 등)

3. 절연유

 

(2) 전력용 커패시터의 열화

전력용 커패시터는 구조상 매우 얇고 넓은 면적으로 제작된 절연체(유전체)에 높은 전위경도가 거의 연속적으로 작용하고 있으므로 다른 전기기기에 비해 매우 가혹한 환경에서 운전되고 있는 설비이다. 전력용 커패시터가 내부에서 발생한 절연파괴로 인해 폭발한 사례를 보여주고 있다. (손상된 커패시터 외함, 커패시터 내부 아크혼)

전력용 커패시터는 정상적인 사용조건에서 12~20년 정도 사용할 수 있도록 제작된다. 전력용 커패시터의 각 구성요소는 온도, 전압, 전류 등의 요인으로 인해 시간이 지날수록 초기의 성능이 저하되며, 이 같은 경년열화 현상으로 인해 수명이 단축된다. 전력용 커패시터 구성요소별 열화요인과 열화형태를 정리하며 다음과 같다.

 

[표 1] 전력용 커패시터의 구성요소별 열화요인과 열화형태

구성품		주요 재료	열화요인	열화형태
외부	외함, 고정금구	강판, 스테인리스 강판	기계적 응력, 환경	부식, 파손, 누유
	부싱	자기	환경	오손, 파손
	개스킷 (O-ring)	NBR(Nitrile Butadience Rubber)	열, 기계적 응력	크랙, 탄성 저하
	단자, 접속금구	동, 동합급, 도금 피막	환경	오손, 부식, 과열, 접속부 이완
내부	유전체	Krait paper, 고분자 필름	전압, 열	절연파괴, 열분해
	전극	알루미늄박, 증착 알루미늄 또는 아연	전압	절연파괴로 인한 용융
	절연유	PXE, M/DBT Oil	열, 환경	열분해, 수분 침입

[표 1]에 나타낸 열화요인 중 전압으로 인한 절연 파괴의 경우 폴리프로필렌 등의 고분자 필름에 알루미늄이나 아연을 진공증착하여 전극을 형성한 MPPF(Metallised Polypropylene Film)의 셀프힐링 특성으로 인해 유전체의 국부 절연파괴가 발생하더라도 용량만 다소 감소할 뿐 전력용 커패시터의 내부 단락이나 폭발로 이어지지는 않는다.

 

2. 전력용 커패시터의 점검 포인트

전력용 커패시터는 전력계통에서 대표적인 정지형 비수리계 전기기기로서 한번 설치한 후에는 교체할 때까지 별다른 수리없이 운전되고 있다. 전력용 커패시터도 다른 전기기기와 마찬가지로 열적, 전기적, 화학적 요인 등으로 인해 열화되며, 고장 발생시 계통 내의 다른 전기설비에 미치는 영향이 크므로 이상징후를 검출하여 사고를 예방하는 것이 무엇보다 중요하다. 전력용 커패시터에 대해 실시하는 점검항목을 일상점검과 정기점검으로 구분하여 이상원인, 판정기준 및 이상 시 조치방법에 대해 정리하였다.

 

[표 2] 전력용 커패시터의 점검항목별 점검 포인트 및 이상 발견 시 추정 원인과 대책

구분	항목	추정 원인	점검 포인트	판정 기준	대책
	누유	. 단자 결선부의 과도한 조임 . 외함 손상 . 와함 부식 . 외함의 외부 지락 . 내부 이상	육안점검 및 청각	. 용접부, 부심 부위 등에서 누유가 없고 불펜 등으로 커패시터 상부를 두드려 절연유 부족 여부 확인 . 누유 없을 것	. 누유가 미미하면 에폭시 수지 등을 현장에서 도포하여 수리 . 누유가 심하면 제작사에 수리 의뢰 또는 신품 교환
	외함팽창	. 높은 주위온도 . 고조파 전류 유입 . 외력에 의한 외함 손상 . 내부 이상	육안점검 및 측정	. 커패시터 외함 팽창 <= 평균 15mm	. 운전 정지 후 냉각되어도 원상태가 되지 않으며 이상으로 판정하고 정전용량을 측정하여 이상 유무 확인 . 원인 불명 시 제작사 문의
	외험 발청 및 도장 박리	. 환경(다습, 가스) . 외력에 의한 외향 손상 . 내부 온도 상승	육안 점검	. 녹 발생 및 도장 벗겨짐 없을 것 . 용접부, 받침대, 부착다리 등 관찰 철저	.녹 제거 후 새로 도장 . 재도장 시 부싱에 페인트가 묻어 절연저하되지 않도록  주의
	애자 손상 오염	. 분진 환경 . 외력에 의한 애자 손상	육안 점검	. 이물질 오염 및 충격 등으로 인한 균열 없을 것	. 애자를 청소하여 청결 유지 . 애자 균열 시 제작사에 수리 의뢰
	케이블 접속부	. 접속부 이완 . 진동	육안 점검 열화상 카메라 초음파 카메라	. 접속부의 과열 및 사용 중 진동에 의한 이완 없을 것	. 단단히 조이고 볼트, 너트 점검 후 마킹
	절연 저항	. 내부 절연 파괴 . 열화상 카메라	절연 저항 측정	. 저압 : 500M이상 @1000V . 고압 : 1G이상 @1000V	. 신품 교체