고조파 역률저하

고조파 역률저하란

고조파 역률저하는 비선형 부하가 만든 고조파 전류 때문에 역률이 떨어지는 현상이다.

역률은 유효전력 P를 피상전력 S로 나눈 값이다.

고조파가 있으면 피상전력의 실효값이 커져 역률이 낮아진다.

변위 역률과 왜곡 역률

사인파 교류에서는 역률이 위상차의 코사인 값 하나로 정해진다.

전류 파형이 찌그러지면 같은 위상차에서도 실제 역률이 떨어진다.

그래서 역률은 변위 역률과 왜곡 역률의 곱으로 나뉜다.

변위 역률은 기본파 위상차, 왜곡 역률은 기본파 실효값의 비율이다.

전체 실효값과 왜곡 역률

전류의 실효값은 기본파와 각 고조파 실효값의 제곱합에 제곱근을 씌운 값이다.

왜곡 역률은 기본파 실효값을 전체 실효값으로 나눈 비율이다.

고조파 성분이 커질수록 전체 실효값이 커져 왜곡 역률이 작아진다.

THD는 기본파 실효값 대비 고조파 실효값 합의 비율로 정의된다.

계산 예제: 3고조파 30%

3고조파 전류가 기본파의 30%인 경우를 계산해 보자.

전체 실효값은 100과 30의 제곱합에 제곱근을 씌운 약 104.4 A다.

왜곡 역률은 100을 104.4로 나눈 약 0.958이다.

위상차가 없으면 총 역률도 0.958이 된다.

위상차가 30°이면 cos 30°를 곱해 약 0.83이 된다.

직접 풀어 보기

기본파 전류의 20%인 3고조파가 있는 경우를 생각해 보자.

전체 실효값은 기본파와 3고조파 실효값의 제곱합에 제곱근이다.

정답은 약 0.980이다. 1을 √1.04로 나눈 값이다.

헷갈리는 점과 시험 포인트

가장 흔한 실수는 고조파가 있으면 역률이 무조건 떨어진다고 쓰는 것이다.

전력용 콘덴서는 변위 역률만 보상하고 왜곡 역률은 개선하지 못한다.

3고조파는 3상 중성선에서 동상으로 합산되어 중성선 전류를 키운다.

역률 개선용 콘덴서는 고조파 공진 위험도 함께 검토해야 한다.

정리

정리하면 역률은 변위 역률과 왜곡 역률의 곱이다.

왜곡 역률은 전류 파형의 찌그러짐에 따른 비율이다.

두 요인을 구분해 설명하는 것이 답안의 핵심이다.