IEC 파헤치기 · IEC deep dives KS C IEC 60831-1:1996(2020)

IEC 60831-1 파헤치기: 저압 역률 보정 커패시터IEC 60831-1 deep dive: low-voltage shunt capacitors

자기 복귀형 커패시터의 정격, 공차, 과전압·과전류 한도, 온도 범주, 방전, 시험 체계
Ratings, tolerances, overvoltage and overcurrent limits, temperature categories, discharge and the test scheme of self-healing capacitors

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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.

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

제1장 일반1–3 적용범위·용어4.1 정상 서비스 조건·온도 범주4.2 이상 서비스 조건제2장 품질·시험5–6 시험 조건·분류7 커패시턴스·출력, 공차8 유전 정접 tan δ9–10 단자 간·단자–케이스 전압11–12 방전 장치·밀봉13–14 열 안정성·고온 tan δ15–16 뇌 임펄스·방전 시험17–19 열화·자기 복귀·파괴 (→ 60831-2)제3장 과부하20 최대 허용 전압 (표 3)21 최대 허용 전류 1.3·I_N제4·5장 안전·표시22 방전 장치 3분·75 V23–25 케이스 연결·환경·기타26–27 정격판·경고판제6장 설치·운전 지침29 정격 전압의 선택30 동작 온도31 특별 서비스 조건 (고도 등)32 과전압·전동기 직결33–34 과부하 전류·개폐 장치35–37 연면 거리·리플 제어·EMC부속서A 전력 필터 커패시터 (규정)B 공식 (출력·공진·돌입·방전)
색이 칠해진 조항이 설계·운전 실무에서 자주 찾는 곳입니다 · highlighted clauses matter most in practice

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).
1.001.101.201.301분1.30·U_N5분1.20·U_N30분 /24h1.15·U_N8 h /24h1.10·U_N지속1.00·U_N허용 지속 시간 · permitted duration440 V 커패시터를 400 V에: 0.909·U_N
표 3을 시간 축으로 그린 계단 그래프 (이 사이트 작도) · Table 3 drawn as a staircase

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.
02004006000100200300시간 s · timeV75 V180 s74 V @ 180 s√2·U_N = 622 V
방전 곡선 예 · discharge example

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 Item값 Value조항
출력 공차≤ 100 kvar −5 ~ +10 %, > 100 kvar −5 ~ +5 %7.2
3상 불평형 (측정 최대/최소)≤ 1.087.2
단자 간 일상 시험 전압2.15·U_N, 2초 이상 (형식 시험 10초)9
단자–케이스 일상 시험U_N ≤ 660 V: 3.6 kV 2초 또는 3 kV 10초10.1
뇌 임펄스 (단자–케이스)U_N ≤ 660 V: 15 kV 피크, 초과 25 kV15
열 안정성 시험 출력측정 커패시턴스 기준 1.44배 이상, 48시간13
최대 허용 전압1.00 (지속) · 1.10 (24시간 중 8시간) · 1.15 (24시간 중 30분) · 1.20 (5분) · 1.30 (1분)20, 표 3
최대 허용 전류1.3·I_N (공차 포함 약 1.5·I_N)21
방전√2·U_N → 75 V, 3분 이내22
투입 시 잔류 전압≤ 0.1·U_N4.1 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 시험2.15·U₁ + 1.5·U_H (U_H: 고조파 전압 실효값의 산술합)부속서 A.2.2
고도2 000 m 초과는 합의4.1 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).

확인 퀴즈 Check your understanding

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Q1. 이 규격(60831-1)이 직접 다루는 것은?What does IEC 60831-1 itself cover?
Q2. 정격 전압 U_N에서 24시간 중 8시간까지 허용되는 전압은?Which voltage is allowed for 8 h in every 24 h?
Q3. 440 V·50 kvar 커패시터를 400 V 계통에 쓰면 실제 출력은?A 440 V 50 kvar capacitor on 400 V gives…
Q4. 방전 장치에 대한 요구는?What must the discharge device do?

계산기로 확인하기 Try it in the calculators

규격 원문의 문장과 표를 옮기지 않고 풀어 썼으며 조항 번호로 근거를 밝혔습니다. 그림은 이 사이트에서 직접 그렸습니다. · Paraphrased with clause references; figures drawn by this site.