고조파 콘덴서 영향

고조파 콘덴서 영향 개요

콘덴서 회로에 고조파 전류가 들어오면 어떤 문제가 생기는지 살펴본다.

콘덴서는 고조파를 만들지 않지만 계통 임피던스와 공진 회로를 만든다.

공진 주파수에 고조파가 들어오면 과전류와 과전압이 생긴다.

직렬·병렬 공진

공진은 직렬과 병렬 두 가지 형태로 나타난다.

직렬공진은 공진점에서 임피던스가 저항 성분만 남아 최소가 된다.

그래서 큰 전류가 흘러 콘덴서가 과열되고 소손된다.

병렬공진은 공진점에서 임피던스가 매우 커져 순환전류와 전압 확대를 일으킨다.

공진 차수 계산

병렬공진 차수는 계통 리액턴스와 콘덴서 용량으로 정해진다.

근사식은 단락용량을 콘덴서 용량으로 나눈 값의 제곱근이다.

단락용량 300MVA, 콘덴서 10Mvar이면 공진 차수는 약 5.5가 된다.

그러면 5차와 7차 사이에 공진점이 생겨 두 고조파가 위험하다.

단자전압 상승과 피해

콘덴서 단자전압은 기본파 성분과 고조파 성분의 합으로 나타난다.

고조파 리액턴스는 차수에 반비례하므로 저차 전류가 전압을 더 크게 올린다.

그 결과 콘덴서에 과전류가 몰리고 과열과 소손으로 이어진다.

전압 상승분은 관련 기준이 정한 허용 범위를 넘지 않도록 관리한다.

대책: 직렬리액터

첫 번째 대책은 직렬리액터를 콘덴서와 직렬로 연결하는 것이다.

그러면 공진점이 5차 고조파 아래로 내려가 고조파 증폭이 억제된다.

직렬리액터 용량은 콘덴서 용량의 일정 비율로 정하며, 5차용은 약 6%가 대표값이다.

다만 리액터의 전압 강하와 손실이 늘어나는 한계도 함께 알아 둔다.

직접 풀어 보기

방금 배운 공식을 적용하는 문제를 풀어 보자.

콘덴서 리액턴스는 20Ω, 계통 리액턴스는 0.8Ω이라고 하자.

이때 병렬공진 차수는 몇 차인지 보기에서 고른다.

정답 확인과 정리

정답은 5차다. 20을 0.8로 나눈 값 25의 제곱근이 5이기 때문이다.

콘덴서는 고조파를 만들지 않고, 계통 임피던스와 공진해 증폭시킨다.

직렬공진은 과전류, 병렬공진은 순환전류와 전압 상승을 일으킨다.

계통이 바뀌면 공진점도 움직이므로 다시 검토해야 한다.