기준 문서: KS C IEC 61921:2017. 이 규격은 IEC 60831-1:2014와 IEC 61439-1·-2:2011을 인용합니다. · Based on KS C IEC 61921:2017.
① 한 장 요약 One-page summary
커패시터 단품을 모아 개폐기·제어기·리액터와 함께 외함에 넣은 저압 역률 보정 뱅크에 대한 규격입니다. 뱅크는 기본적으로 저압 배전반 규격(IEC 61439-1·-2)을 그대로 따르고, 커패시터라서 달라지는 부분만 이 규격이 덧붙입니다: 정격 전압 고르는 법, 리액터와 고조파, 개폐 장치의 1.3배 여유, 방전과 안전, 온도 상승 시험 조건, 그리고 부속서 B의 계산식.
- 정하는 것: 뱅크의 표시, 설계·설치·운전·안전 지침, 설계·정기 검증(61439 준용 + 추가 조건), 계산 공식
- 정하지 않는 것: 커패시터 단품의 성능·시험(→ IEC 60831-1, KS C IEC 60931-1), 배전반 일반 요구(→ IEC 61439), 고조파 필터 설계(→ KS C IEC 61642)
IEC 61921 covers LV power factor correction banks as assemblies: they follow IEC 61439-1/-2 with capacitor-specific additions for rated voltage, reactors and harmonics, switching margins, discharge, temperature-rise testing and the Annex B formulas.
② 구조 지도 Structure map
③ 핵심 조항 Key clauses
3.5 정격 무효전력 · 4 표시 Rated reactive power and marking
- 뜻
- 뱅크의 정격 무효전력 Q_N은 리액터를 포함한 뱅크 전체 임피던스로 정격 전압·주파수에서 계산한 값입니다. 커패시터 단품 정격을 단순히 더한 값이 아닙니다.
- 예
- 440 V·50 kvar 커패시터에 7 % 리액터를 달아 400 V 계통에 쓰면 뱅크 출력은 50 × (400/440)² / 0.93 = 44.4 kvar입니다.
- 표시
- 등급판에는 제조자, 형식, 제조일, Q_N(kvar), U_N, f_N, 규격 번호를, 등급판이나 지침서에는 스텝 등급, 리액터 값(또는 리액턴스 비·동조 주파수), 주위 온도, IP, 옥내·옥외, I_cw, I_cc, 최대 허용 전류, U_i, U_imp를 적습니다.
6.2.1 정격 전압의 선택 Choice of rated voltage
- 뜻
- 뱅크 정격 전압은 커패시터의 영향을 고려한 계통 서비스 전압 이상. 직렬 리액터 때문에 커패시터 단자 전압이 오르면 커패시터 정격 전압도 올립니다. 경부하 때 전압이 지나치게 오르면 일부 또는 전부를 분리합니다.
- 식
- U_C = U/(1 − p). 380 V, 7 %면 409 V → 보통 440 V급 커패시터를 씁니다.
- 함정
- 지나친 여유는 출력이 (U/U_N)²으로 줄어 손해입니다(비고 1). 최대 허용 전압은 IEC 60831-1(표 3)을 따릅니다.
6.2.2 개폐와 과부하 보호 Switching and overload protection
- 뜻
- 개폐·보호 장치와 연결부는 정격 전압·주파수 전류의 1.3배 이상을 연속 통전하고, 투입 때 높은 진폭·주파수의 과도 전류를 견뎌야 합니다. 특히 이미 통전된 스텝에 병렬로 투입할 때(back-to-back) 큽니다.
- 대책
- 직렬 리액터, 사전충전(pre-charging) 저항이 있는 커패시터용 접촉기, 반도체 스위치. 자동 제어로 자주 개폐하면 그에 맞는 개폐 장치와 퓨즈를 고르고, 퓨즈는 보통 적절한 과전류 보호가 되지 못한다는 점에 유의합니다.
- 숫자
- 예: 380 V, 이미 350 kvar가 켜진 상태에서 50 kvar 스텝 투입, 스텝 사이 5 µH → Î ≈ 3,934 A (52·I_N), 2,511 Hz. 100·I_N 이하로 하려면 약 1.3 µH 이상 필요.
6.3.1.1 고조파와 이조 리액터 · 부속서 B.2 공진 Harmonics, detuning reactors and resonance
- 뜻
- 고조파가 있는 계통에 뱅크를 달면 수명이 짧아질 수 있습니다. 각 스텝에 직렬로 이조 리액터를 넣으면 이를 완화합니다. 철심 리액터는 고조파에 의한 포화·과열에 주의합니다.
- 식
- B.2: n = √(S/Q). 예: 1 000 kVA·6 % 변압기(S ≈ 16.7 MVA) 아래 400 kvar → n ≈ 6.45로 7차에 가깝습니다(약 8 % 아래). 7 % 리액터(n_r = 3.78)를 넣으면 공진이 n ≈ 3.26로 5차 아래로 내려갑니다.
부속서 B.3·B.4 전압 상승과 돌입 Voltage rise and inrush
- 식
- ΔU/U ≈ Q/S → 위 예는 2.40 %. 단일 뱅크 투입 Î ≈ I_N·√(2S/Q) = 5,548 A (9.1·I_N), 주파수 f_N·√(S/Q) ≈ 387 Hz.
- 뜻
- 단일 뱅크 투입은 계통 인덕턴스가 커서 돌입이 비교적 작고, 문제는 대부분 스텝끼리 병렬 투입할 때입니다.
6.4 방전과 안전 Discharge and safety
- 뜻
- 각 뱅크·스텝에 방전 수단이 있어야 하고, 도전부를 만지기 전 자가 방전 후 단자와 접지를 단락할 때까지 5분 이상 기다립니다. 외부 방전 장치를 쓰면 커패시터와 방전 장치 사이에 개폐 장치를 두면 안 됩니다(내부 방전 저항이 없는 경우).
- 함정
- 직렬·스타 결선에서 소자가 파괴되면 단자 전압이 0이어도 위험한 "포획 전하"가 몇 달 남을 수 있습니다(6.4.2). 방전 장치는 단자 단락의 대체물이 아닙니다.
7.10 온도 상승 검증 · 부속서 D Temperature-rise verification
- 뜻
- 61439-1을 따르되, 시험 전류는 정격의 1.2배 이상이고 61439-1의 계산 방법은 쓸 수 없습니다. 전류를 올리려면 시험 전압·주파수를 높이거나, 외함 안에서 정격 커패시터와 병렬로 커패시터를 더합니다. 외함 밖에 더하거나 스텝을 통째로 더하는 방법은 허용되지 않습니다.
④ 숫자 모음 The numbers in one table
| 항목 Item | 값·식 Value | 조항 |
|---|---|---|
| 3상 출력 (측정 C 3개) | Q = 2/3·(C_a + C_b + C_c)·ω·U_N²·10⁻¹² [Mvar] | B.1 |
| 공진 차수 | n = √(S/Q) | B.2 |
| 전압 상승 | ΔU/U ≈ Q/S | B.3 |
| 단일 투입 돌입 | Î ≈ I_N·√(2S/Q) | B.4.1 |
| 병렬 투입 돌입 | Î = U√2/√(X_C·X_L), f_s = f_N·√(X_C/X_L) | B.4.2 |
| 방전 저항 | R ≤ t/[k·C·ln(U_N√2/U_R)] | B.4.3 |
| 리액터 단자 전압 | U_C = U/(1 − p) (이 사이트 식, 6.2.1의 요구) | 6.2.1 |
| 개폐·보호 장치 연속 전류 | ≥ 1.3 × 정격 전압 전류 | 6.2.2 |
| 만지기 전 대기 | ≥ 5분 | 6.4.1.1 |
| 온도 상승 시험 전류 | ≥ 1.2 × 정격 전류, 계산 방법 불가 | 7.10 |
⑤ 계산기로 확인 Check it with the calculator
역률 보정 커패시터 뱅크 계산기는 부속서 B 식을 모두 쓰고, 공진 곡선·돌입 파형·방전 곡선을 그립니다. 단락전류 계산기에서 "이 모선에 커패시터 뱅크" 링크를 누르면 단락 전력 S가 넘어갑니다.
⑥ 함정과 원문 확인 Traps and source notes
- "병렬"로 적힌 이조 리액터: 국문판 6.3.2.1은 "적합한 이조 리액터를 각 커패시터 스텝과 병렬로 배치하지 않는 한"으로 적혀 있지만, 6.3.1.1과 리액터의 원리상 직렬이 맞습니다. 번역 오류로 보입니다.
- 인용판 차이: 61921은 IEC 60831-1:2014를 인용하지만, 국내 KS C IEC 60831-1은 IEC 2002판을 바탕으로 합니다. 숫자를 인용할 때 어느 판인지 확인합니다.
- 목차 누락: 국문판 목차에는 부속서 A·B만 있지만 본문에는 부속서 C(유사 설계), D(온도 상승 시험 구성)가 있습니다.
- 1.3배의 기준: 6.2.2의 1.3배는 "정격 전압·주파수의 정현파 전압에서 흐르는 전류" 기준입니다. 리액터가 있는 뱅크는 커패시터 단품 정격 전류가 아니라 뱅크 전류로 계산합니다.
- 공진 판단의 S: 단락 전력 S는 변압기만으로 추정하면 실제보다 조금 크게 나옵니다(상위 계통 임피던스 무시). 계통이 바뀌면(변압기 병렬, 발전기 운전) 공진 차수도 바뀝니다.