변압기 고조파 영향

고조파와 변압기

고조파는 기본파 정수배 주파수를 갖는 왜곡 성분이다.

변압기에서는 철손과 동손이 늘어 과열을 일으킨다.

비선형 부하가 늘면서 이 문제가 현장에서 자주 생긴다.

철손과 동손

철손은 히스테리시스손과 와류손으로 나뉜다.

히스테리시스손은 주파수에 비례하고 와류손은 주파수의 제곱에 비례한다.

그래서 고차 고조파일수록 와류손 기여가 급격히 커진다.

고조파 포함 와류손은 다음 식으로 나타낸다.

계산 예제

5고조파 전류가 기본파의 20%인 경우를 계산해 본다.

와전류손 비율은 전류 비율의 제곱에 차수의 제곱을 곱한 값이다.

0.04에 25를 곱하면 1.0이 된다.

따라서 전체 와전류손은 기본파 대비 2배가 된다.

차수별 대칭분

고조파 차수는 3N+1, 3N-1, 3N의 세 종류로 나뉜다.

정상분 3N+1은 4, 7, 10차로 회전 방향이 기본파와 같다.

역상분 3N-1은 2, 5, 8차로 회전기에 역토크와 진동을 준다.

영상분 3N은 3, 6, 9차로 델타 내부를 순환하며 온도를 높인다.

대책과 K등급 변압기

변압기 측 대책은 K등급 변압기와 저손실 철심이 대표적이다.

K등급 변압기는 와전류손 증가를 줄이도록 권선을 세분하거나 도체를 키운다.

일반 변압기는 고조파 부하에서 정격보다 낮게 써야 하는데, K등급은 이를 설계로 해결한다.

부하 측에는 필터, 다펄스 정류, 직렬 리액터를 쓴다.

정리

정리하면 비선형 부하가 고조파 전류를 만들고 변압기 손실과 과열을 키운다.

영향은 손실 증가, 과열, 절연 열화, 용량 저감으로 정리된다.

시험에서는 영향과 대책을 짝지어 쓰고 차수별 대칭분을 구분한다.