기준 문서: KS C IEC 60831-1:1996 (2020 개정, IEC 60831-1:2002 2.1판 기초). IEC 원문은 그 뒤 개정되었으므로 최신 IEC판과 숫자가 다를 수 있습니다. · Based on the KS edition (IEC 60831-1:2002).
① 한 장 요약 One-page summary
교류 1 000 V 이하 계통의 역률 보정용 병렬(분로) 커패시터 단품, 그중 유전체가 부분적으로 고장 나도 스스로 회복하는 자기 복귀형(금속 증착 필름형)에 대한 규격입니다. 정격과 공차, 시험, 얼마나 오래 얼마만큼의 과전압·과전류를 견뎌야 하는지, 방전·표시 같은 안전 요구, 그리고 설치·운전 지침을 담고 있습니다.
- 정하는 것: 커패시터 장치(단품)의 성능·시험·안전, 설치 시 고려사항
- 정하지 않는 것: 뱅크 외함·개폐기를 포함한 조립품의 설계 검증(→ KS C IEC 61921, 61439), 비자기 복귀형(→ KS C IEC 60931), 열화·자기 복귀·파괴 시험의 세부(→ 60831-2), 1 000 V 초과(→ IEC 60871)
IEC 60831-1 covers self-healing shunt capacitor units up to 1 000 V: ratings, tolerances, tests, overload limits, safety and installation guidance. Bank assemblies, non-self-healing types and HV capacitors are covered elsewhere.
② 구조 지도 Structure map
③ 핵심 조항 Key clauses
4.1 정상 서비스 조건과 온도 범주 Service conditions and temperature category
- 뜻
- 커패시터는 "최저 주위 온도/문자 기호"로 등급을 매깁니다. 예:
−25/B는 −25 °C에서 최고 45 °C(24시간 평균 35, 연평균 25)까지. 고도 2 000 m 이하, 투입 시 잔류 전압 10 % 이하도 정상 조건입니다. - 왜
- 커패시터 수명은 온도에 매우 민감합니다(30.1). 외함 안 냉각 공기 온도도 표 1을 넘지 않아야 합니다.
- 숫자
- 문자: A 40/30/20, B 45/35/25, C 50/40/30, D 55/45/35 °C. 최저 온도 우선값 +5, −5, −25, −40, −50 °C. 실내는 보통 −5 °C.
7 커패시턴스와 출력, 공차 Capacitance, output and tolerance
- 뜻
- 측정 커패시턴스로 계산한 출력이 정격과 얼마나 달라도 되는지. 3상은 두 단자 사이 측정값의 최대/최소 비도 제한합니다.
- 숫자
- 100 kvar 이하 -5 ~ +10 %, 초과 -5 ~ +5 %. 3상 불평형 비 1.08 이하. 3상 출력은 부속서 B의 식 Q = 2/3·(C_a + C_b + C_c)·ω·U_N²로 구합니다.
20 최대 허용 전압 (표 3) Maximum permissible voltage
- 뜻
- 전압이 높을수록 허용 시간이 짧아지는 계단식 한도. 1.15·U_N을 넘는 과전압은 수명 동안 200번 정도로 가정합니다.
- 숫자
- 1.00·U_N 지속, 1.10·U_N 24시간 중 8시간, 1.15·U_N 24시간 중 30분, 1.20·U_N 5분, 1.30·U_N 1분. 피크는 해당 실효값의 √2배를 넘지 않아야 합니다(32절). 재점호 없는 차단기로 개폐하면 첫 피크가 인가 전압의 2√2배 이하인 과도 과전압이 생기며, 연 5 000번 정도는 이 조건에 포함됩니다(20.2).
21 최대 허용 전류 Maximum permissible current
- 뜻
- 고조파·과전압을 모두 합친 실효 전류가 1.3·I_N이어도 계속 운전할 수 있어야 합니다. 커패시턴스 공차(최대 1.15·C_N)까지 겹치면 1.5·I_N까지 갈 수 있습니다.
- 왜
- 고조파 전류는 차수 h에 비례해 커지므로(I_h = h·ω·C·U_h), 전압 왜곡이 작아도 전류는 크게 늘 수 있습니다.
- 숫자
- 예: 440 V·50 kvar → I_N = 65.6 A, 1.3·I_N = 85.3 A, 1.5·I_N ≈ 98.1 A.
22 방전 장치 Discharge device
- 뜻
- 각 장치나 뱅크는 √2·U_N에서 3분 안에 75 V 이하로 방전되어야 하고, 커패시터와 방전 장치 사이에 스위치·퓨즈가 있으면 안 됩니다. 방전 장치가 있다고 단자를 단락·접지하는 절차를 생략해도 되는 것은 아닙니다.
- 숫자
- 부속서 B: R ≤ t/(k·C·ln(√2·U_N/U_R)). 예: 440 V·50 kvar Δ 결선(한 변 C = 228.4 µF), 각 변에 저항(k = 1) → R ≤ 0.373 MΩ. 0.37 MΩ을 쓰면 180초 후 74 V.
29 정격 전압의 선택 Choice of rated voltage
- 뜻
- 정격 전압은 커패시터 자신이 올리는 전압까지 고려한 계통 서비스 전압 이상이어야 합니다. 직렬 리액터를 넣으면 단자 전압이 오르므로 정격 전압도 올립니다.
- 함정
- 여유를 너무 크게 잡으면 출력이 (U/U_N)²으로 줄어듭니다. 예: 440 V·50 kvar를 400 V에 쓰면 41.3 kvar (83 %).
32 과전압 · 전동기 직결 Overvoltage and motor-connected capacitors
- 뜻
- 전동기 단자에 커패시터를 바로 붙이면, 전원을 끊은 뒤에도 회전하는 전동기가 커패시터로 자기 여자되어 발전기처럼 높은 전압을 낼 수 있습니다.
- 숫자
- 커패시터 전류를 전동기 무부하(자화) 전류의 약 90 % 이하로. 전동기가 멈추기 전에는 다시 투입하지 않습니다. Y-Δ 기동기와 함께 쓸 때는 기동 중 과전압이 생기지 않게 배치합니다.
33–34 과부하 전류와 개폐 장치 Overload currents and switching devices
- 뜻
- 개폐·보호 장치와 연결부는 정격 전압 전류의 1.3배(공차까지 1.3 × 1.15배)를 계속 흘릴 수 있어야 하고, 이미 통전된 커패시터에 병렬로 투입할 때의 큰 돌입 전류를 견뎌야 합니다.
- 숫자
- 퓨즈가 있는 커패시터의 개폐 과도 전류 피크는 100·I_N 이하로 제한. 줄이는 방법: 스텝 사이 인덕턴스·직렬 리액터, 사전충전 저항 접촉기. 퓨즈는 보통 과전류 보호를 제대로 하지 못하므로 적절한 과전류 계전·차단기를 권합니다.
④ 숫자 모음 The numbers in one table
| 항목 Item | 값 Value | 조항 |
|---|---|---|
| 출력 공차 | ≤ 100 kvar −5 ~ +10 %, > 100 kvar −5 ~ +5 % | 7.2 |
| 3상 불평형 (측정 최대/최소) | ≤ 1.08 | 7.2 |
| 단자 간 일상 시험 전압 | 2.15·U_N, 2초 이상 (형식 시험 10초) | 9 |
| 단자–케이스 일상 시험 | U_N ≤ 660 V: 3.6 kV 2초 또는 3 kV 10초 | 10.1 |
| 뇌 임펄스 (단자–케이스) | U_N ≤ 660 V: 15 kV 피크, 초과 25 kV | 15 |
| 열 안정성 시험 출력 | 측정 커패시턴스 기준 1.44배 이상, 48시간 | 13 |
| 최대 허용 전압 | 1.00 (지속) · 1.10 (24시간 중 8시간) · 1.15 (24시간 중 30분) · 1.20 (5분) · 1.30 (1분) | 20, 표 3 |
| 최대 허용 전류 | 1.3·I_N (공차 포함 약 1.5·I_N) | 21 |
| 방전 | √2·U_N → 75 V, 3분 이내 | 22 |
| 투입 시 잔류 전압 | ≤ 0.1·U_N | 4.1 a) |
| 개폐 과도 전류 피크 | ≤ 100·I_N (퓨즈 있을 때) | 33 |
| 전동기 직결 커패시터 전류 | ≤ 무부하 전류의 약 90 % | 32 |
| 필터 커패시터 단자 간 시험 | 2.15·U₁ + 1.5·U_H (U_H: 고조파 전압 실효값의 산술합) | 부속서 A.2.2 |
| 고도 | 2 000 m 초과는 합의 | 4.1 b), 31 e) |
⑤ 계산기로 확인 Check it with the calculator
역률 보정 커패시터 뱅크 계산기에서 고조파를 넣으면 표 3(전압)과 21절(전류)을 한 번에 확인하고, 자동으로 두 조건을 만족하는 최소 정격 전압을 고릅니다. 시험·검사 탭에서는 측정 커패시턴스로 7.2 공차와 22절 방전을 판정합니다.
⑥ 함정과 원문 확인 Traps and source notes
- 표준 번호의 연도: KS 번호는 "60831-1:1996"이지만 내용은 IEC 60831-1:2002(2.1판, 수정 1 포함)를 바탕으로 합니다. 인용할 때 "KS C IEC 60831-1:1996(2020 확인·개정)"처럼 적는 편이 안전합니다.
- 공차 정정: 2020년 개정 해설에 따르면 7.2 공차가 이전판의 "−5 ~ +15 %(100 kvar 미만), 0 ~ +10 %"에서 지금 값으로 바뀌었습니다. 오래된 사양서를 볼 때 주의합니다.
- 1.3배와 1.5배: 차단기·접촉기·케이블을 1.3·I_N으로만 고르면 커패시턴스 공차 +15 %가 겹쳤을 때 모자랄 수 있습니다(34절은 1.3 × 1.15를 언급).
- 방전 3분과 대기 5분: 60831-1은 장치의 방전 성능(3분·75 V), 61921 6.4.1.1은 작업자의 대기 시간(5분)입니다. 둘은 서로 다른 요구입니다.
- 퓨즈 ≠ 과전류 보호: 커패시터 퓨즈는 단락 보호용이며, 고조파로 인한 과전류 보호는 보통 하지 못합니다(33·34절).