고조파 대책

정의

고조파는 기본 주파수의 양의 정수배 주파수를 갖는 전압·전류 성분이다.

예를 들어 60Hz 계통의 3차 고조파는 180Hz이다.

찌그러진 파형은 여러 사인파가 겹친 것으로 볼 수 있다.

이때 기본파의 정수배가 되는 성분을 고조파라고 부른다.

발생 원인

비선형 부하는 전류를 사인파가 아닌 모양으로 끌어간다.

이 전류 고조파가 전원 임피던스를 지나며 전압 왜곡을 만든다.

전류 고조파가 원인이고, 전압 고조파는 그 결과다.

정류기, 인버터, 형광등이 대표적인 비선형 부하다.

3상 계통의 특성

3상 3선 계통에서는 3의 배수 고조파가 선전류에 나타나지 않는다.

4선 계통에서는 3의 배수 고조파가 중성선으로 흘러 과열 위험이 생긴다.

짝수 고조파는 반주기 대칭 때문에 일반적으로 나타나지 않는다.

3의 배수 고조파를 억제하는 델타 결선은 대책 설계에 활용된다.

대책의 두 방향

고조파 대책은 발생원을 줄이는 방법과 유출을 막는 방법으로 나뉜다.

발생원 측에는 리액터, PWM 컨버터, 다펄스 정류가 쓰인다.

유출 측에는 수동 필터, 능동 필터, 위상변위 변압기가 쓰인다.

다펄스 정류와 수동 필터를 함께 쓰면 주요 차수를 낮은 비용으로 억제할 수 있다.

ACL·DCL 저감과 계산

ACL은 교류측 1차에, DCL은 정류기의 직류 회로에 삽입한다.

3상 브리지 정류기 기준으로 ACL은 약 50%, DCL은 55% 이상 저감한다.

리액터는 기본파 전압강하를 만들므로 계산으로 확인한다.

부하전류 100A, 리액턴스 0.1Ω이면 전압강하는 10V이다.

콘덴서 공진 주의

콘덴서는 계통 인덕턴스와 함께 특정 차수에서 병렬 공진을 일으킬 수 있다.

공진 주파수는 1/(2π√LC)로 구하며 공진점이 주요 차수에 걸리면 고조파가 증폭된다.

그래서 콘덴서를 추가할 때는 공진 여부를 먼저 검토한다.

직렬리액터를 붙이거나 필터를 설계해 공진 차수를 피한다.

답안에는 발생원 억제와 유출 차단의 두 방향으로 나누어 쓴다.