병렬 콘덴서(Shunt Capacitor)
Shunt capacitor는 주로 파워 네트워크에서 power factor의 향상을 위해 사용된다. Shunt capacitor는 또한 전압의 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라, 네트워크의 손실을 줄여줄 수 있다. Power factor의 향상이 의미하는 바는 더 높은 전력의 전달 능력과 더 나은 전력흐름의 통제를 의미한다.
Open rack shunt banks Qbank
(https://new.abb.com/high-voltage/capacitors/hv/capacitor-banks/open-rack-shunt-banks-qbank)
파워 그리드에서 캐패시터는 매우 중요한 역할을 맡는다. Reactive power를 생산함으로써, 전기 motor, 트랜스포머등의 reactive power 소비를 보상하는 역할을 한다. 이러한 역할로 인해 파워 그리느는 더욱더 안정적인 형태를 유지할수 있을뿐만아니라, 향상된 capacity 및 높은 power factor로 인해 전력 손실을 줄일 수 있다. 전기적 파워 그리드에 연결된 대부분의 장비와 부하(loads)는 active 그리고 reactive 전력을 모두 소비하게 된다. 이러한 장비들의 예는, 트랜스포머, 트랜스 미션, 그리고 배전 라인들이 해당된다.
가장 경제적으로 reactive power 소비를 줄이는 방법은 capacitor bank의 설치를 통해 이룰 수 있다. 이러한 방법은 reactive power compensation(보상)으로 불려진다. 캐패시터는 파워시스템에 reactive power를 주입하게 된다. 전체적인 송전과 배전시스템의 부하를 줄이게 된다.
또한, 캐패시터 뱅크는 기존의 송전과 배전 시스템에서 사용이 가능하다. Reactive power 보상은 네트워크로부터 누수되는 실제 전력(apparent power) 의 손실을 줄일 수 있으며 다음과 같은 장점들을 가져온다.
- 추가적인 부하가 기존의 완전하게 부하된 트랜스포머에 연결이 가능하다.
- 새로운 트랜스포머, 케이블, 송전 라인에 대한 투자를 잠시 미룰 수 있다.
새로운 파워 플랜트에서 캐패시터를 포함함으로써, 송전과 배전의 최적화 디자인이 가능해진다. 송전과 배전시스템이서 voltage drop (전압 하강)의 가장 큰 원인은 reactive power 소비와 시스템의 최종 부하지역에 의해 일어나게 된다. 하지만, capacitor banks를 추가함으로써, 전압하강현상을 보완할 수 있기때문에 전압의 안정화를 가져올 수 있다.
인덕션 모터(induction motor)의 전류 개시(start)는 거의 순수하게 유도적(inductive)이며 상당한 전압하강(voltage drop)현상을 가져온다. 결론적으로, 같은 버스 바(bus bar)에 연결된 다른 부하(loads)들을 방해하게 되고, 종종 모터의 작동을 불가능하게 만든다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 구체적으로 디자인된 캐패시터들이 파워 시스템에 추가되게 된다.
하모닉 필터로서의 캐패시터(Harmonic filtering)
캐패시터의 또다른 중요한 역할 중 하나는 harmonic filter로서의 기능을 가진다는 것이다. 이상적인 전력 시스템에서는, AC power system의 전압과 전류는 sine wave 형태를 유지하는 것 이다(구체적인 강도, 주파수, 위상 각도). 하지만 실제 전력 시스템에서는 이러한 형태는 거의 찾아보기 힘들다. 만약 전압을 오실로스코프로 측정하게 되면, sinusoidal 커브는 항상 거의 기초 주파스로 부터의 서로 다른 sinusoidal wave들에 의해 왜곡되는 현상을 가진다. 이러한 방해현상은 harmonics(하모닉)이라고 불려지며 시스템에서 비-선형(non-linear)적인 부하(loads)에 의해 생성된다.
왜곡현상의 각도(the degree of distortion)은 개개의 하모닉 강도에 의존적이며 Total Harmonic Distortion (THD)로 표현된다. 이러한 하모닉 현상은 전력손실, 공명 현상, 컨트롤 시스템의 기능장애, 캐패시터의 과부하, 통신의 간섭현상, 리플(ripple) 컨트롤의 방해, 중성의 전도체의 높은 전류 현상등의 단점들을 야기한다.
하모닉 필터로써, 캐새피터를 추가 설치 함으로써 다음과 같은 장점들을 기대 할 수 있다.
- 과전압(overvoltage) 현상을 줄일 수 있다.
- 네트워크에서의 전력 손실을 줄일 수 있다.
- Wave 형태 퀄리티를 향상 시킴
- 케이블 과부하 현상을 감소시킴
- 캐패시터의 과부하 현상을 감소시킴
- 높은 전력의 질을 보장
출처:
[1] https://new.abb.com/high-voltage/capacitors/hv/capacitor-banks/open-rack-shunt-banks-qbank