고조파 역률

고조파 역률의 정의

고조파 역률은 비선형부하에서 쓰는 총 역률이다.

역률은 공급된 전력 중 실제 일로 쓰이는 비율이다.

정식으로는 유효전력 P를 피상전력 S로 나눈 값으로 정의한다.

변위역률과 왜곡역률

역률은 두 성분으로 나눠 이해해야 한다. 변위역률과 왜곡역률이다.

변위역률은 기본파 전압과 전류의 위상차로 정해진다.

왜곡역률은 고조파 때문에 생기는 역률 저하분이다. 두 값을 곱하면 총 역률이 된다.

계산 예제

예제로 계산 절차를 확인한다. 기본파 전류 100A, 3고조파 30A, 5고조파 20A다.

전체 실효 전류는 각 성분 제곱합의 제곱근이다. 약 106.3A가 된다.

3상 피상전력은 약 70.0kVA다.

유효전력 15kW를 나누면 진정역률은 약 0.21이다.

변위역률 0.9와 비교하면 진정역률이 크게 낮다. 고조파 전류가 기본파의 약 36%라서 그렇다.

헷갈리는 점: 공진

앞 문제의 답은 1.0보다 낮아진다. 왜곡역률이 1보다 작기 때문이다.

헷갈리는 점은 콘덴서만 달면 공진이 생긴다는 것이다.

콘덴서가 선로 리액턴스와 만나 병렬공진을 일으켜 저차 고조파가 증폭된다.

그래서 콘덴서에는 직렬 리액터를 붙여 공진을 피한다.

공진 대책 정리

대책은 공진을 피하는 리액터와 고조파를 줄이는 필터가 기본이다.

능동 필터는 부하 고조파 전류를 실시간으로 보상한다.

자동역률제어장치는 계측값으로 콘덴서를 단계별로 개폐한다.

콘덴서 단독 설치는 피하고, 계통 해석 후 설치하며 고조파 측정을 병행한다.

정리

정리하자. 역률은 유효전력을 피상전력으로 나눈 값이다.

그 값은 변위역률과 왜곡역률의 곱으로 나뉜다.

고조파가 많으면 공진 여부를 함께 검토해야 한다. 시험에서는 공진 방지 대책까지 확인한다.