공장이나 빌딩의 전력 설비에서 진상콘덴서(Power Factor Correction Capacitor)는 전력요금 절감과 설비 효율 향상을 위해 필수적으로 설치되는 장치이다. 전기안전관리자는 정기 점검 시 열화상카메라를 활용하여 콘덴서 뱅크와 차단기 상태를 점검하게 되며, 이 과정에서 콘덴서측은 정상인데 차단기 전원측에서만 특정 상의 온도가 높게 나타나는 현상을 자주 확인하게 된다. 이러한 현상은 단순한 온도 편차가 아니라 전기적, 구조적 이상을 알리는 신호일 수 있으므로 원인을 정확히 이해하고 조치하는 것이 중요하다.
1. 콘덴서측은 정상인데 전원측만 온도가 상승하는 이유
콘덴서측의 온도가 균일하다는 것은 콘덴서 내부 소자 열화나 상별 용량 불균형 가능성이 낮다는 의미이다. 3상 진상콘덴서는 구조적으로 상별 용량이 동일하도록 제작되기 때문에, 콘덴서측 전선과 단자의 온도가 균일하다면 콘덴서 부하 전류는 정상 범위로 흐르고 있다고 판단할 수 있다. 반면 전원측은 콘덴서뿐만 아니라 상위 분전반, 모선, 전체 부하 상태의 영향을 동시에 받는 영역이기 때문에 상별 온도 차이가 발생할 가능성이 훨씬 크다.
2. 상위 계통의 상불평형 영향
가장 흔한 원인은 상위 전원 계통의 상별 전류 불균형이다. 공장 설비에는 단상 부하, 인버터, 용접기, 정류기 등 다양한 부하가 혼재되어 있으며, 이 부하들이 특정 상에 집중되면 전원측 상별 전류 값이 달라진다. 콘덴서측은 균형 잡힌 전류가 흐르더라도, 전원측에서는 이미 불균형한 전류가 유입되어 특정 상에서 I²R 손실이 증가하고 발열이 커지게 된다.
3. 차단기 전원측 접촉저항 증가
차단기 전원측 단자는 장기간 사용으로 인해 체결 토크 불균형, 산화, 미세 아크, 접점 열화가 발생할 수 있다. 콘덴서측은 비교적 최근 시공되거나 점검 시 재체결되는 경우가 많지만, 전원측은 초기 시공 이후 오랜 기간 점검되지 않는 경우가 많다. 이로 인해 접촉저항이 증가하면 동일 전류가 흐르더라도 특정 상에서 국부적인 고온 현상이 발생한다.
4. 전원측 배선 조건 차이
전원측 배선은 기존 설비와 공유되는 경우가 많아 상별 배선 길이, 배선 경로, 트레이 밀집도, 방열 조건 등에 차이가 발생할 수 있다. 특히 환기 조건이 나쁜 구간이나 케이블이 밀집된 구간에서는 동일 전류가 흐르더라도 온도가 더 높게 측정될 수 있다. 열화상 점검 시 이러한 배선 환경 요소를 함께 고려해야 정확한 판단이 가능하다.
5. 고조파 전류의 전원측 집중
인버터와 같은 비선형 부하가 많은 공장에서는 5차, 7차 고조파 전류가 발생한다. 이 고조파 전류는 콘덴서 투입 시 전원측에 중첩되며, 차단기 전원측 접점과 배선에서 추가적인 발열을 유발할 수 있다. 특정 시간대나 특정 운전 조건에서만 온도가 상승한다면 고조파 영향 가능성을 반드시 점검해야 한다.
6. 차단기 정격 여유 부족
콘덴서용 차단기는 반복적인 투입·차단과 돌입전류, 고조파 전류에 지속적으로 노출된다. 차단기 정격이 계산 전류에만 맞춰 선정된 경우 장기 운전 시 전원측 접점부부터 열화가 진행될 가능성이 높다. 실무에서는 콘덴서용 차단기를 선정할 때 계산 전류의 1.3~1.5배 이상의 정격 여유를 두는 것이 바람직하다.
7. 전기안전관리자의 점검 및 대응 방안
전원측 상별 온도차가 확인되었을 경우 전기안전관리자는 단순히 콘덴서를 교체하기보다 다음과 같은 절차로 점검을 진행해야 한다.
- 전원측 R/S/T 상별 전류 실측 및 불평형 여부 확인
- 차단기 전원측 단자 체결 상태 및 토크 점검
- 상위 분전반 및 모선 열화상 비교 분석
- 고조파 발생 설비 운전 상태 점검
결론
콘덴서용 차단기에서 콘덴서측은 정상이나 전원측에서만 상별 온도차가 발생하는 경우, 이는 콘덴서 자체 문제보다는 상위 계통 불균형, 접촉저항 증가, 배선 조건 차이, 고조파 영향, 차단기 정격 여유 부족과 같은 전원측 요인이 원인일 가능성이 높다. 이러한 현상은 화재 사고의 초기 징후일 수 있으므로 열화상 점검 결과를 전류 측정과 병행하여 체계적으로 분석하는 것이 매우 중요하다.