영상고조파 전류

영상고조파 전류란

영상고조파 전류는 중성선에 합산되어 나타나는 3배수 차수 고조파 전류다.

3, 6, 9차처럼 3의 배수 차수이며, 세 상에서 위상이 같은 영상분 성분이다.

평형 기본파는 중성선에서 상쇄되지만, 이 성분은 상쇄되지 않고 합산된다.

합산의 원리

삼상 회로에서 각 상의 3차 고조파는 위상이 서로 같다.

평형 기본파는 120° 위상차로 합이 0이 되지만, 3차 고조파는 그렇지 않다.

그래서 세 전류가 중성선에서 그대로 더해져 흐른다.

정상분과 역상분 고조파는 상쇄되므로 중성선 문제의 직접 원인이 되지 않는다.

계산 예제

상마다 3차 고조파가 20 A라면 중성선에는 세 값이 더해진다.

계산하면 3 × 20 = 60 A로, 상전류의 3배가 된다.

이 값을 빠뜨리고 기본파 상전류 기준으로만 중성선을 고르면 과열될 수 있다.

그래서 중성선 설계에는 3차 고조파를 반드시 포함해야 한다.

결선에 따른 경로

영상분 고조파는 결선에 따라 흐르는 경로가 달라진다.

Y결선에서는 영상분 고조파가 중성선으로 되돌아와 중성선 과부하를 일으킨다.

Δ결선에서는 권선 내부를 순환하며, 이 순환 전류가 권선 저항손을 키운다.

두 결선의 차이를 구분해 적어야 답이 정확해진다.

발전기 영향과 대책

고조파 대책은 발생원을 줄이는 방법과 설비 여유를 확보하는 방법을 함께 쓴다.

발전기에는 고정자 권선 과열과 손실 증가가 나타나며 철손도 늘어난다.

대표 대책은 중성선 용량 증대, 고조파 필터, K-factor 변압기다.

필터는 발생원에서 고조파를 줄이고, K계수 변압기는 과열에 대한 여유를 준다.

직접 풀기

이제 방금 배운 내용을 직접 적용해 보자.

상마다 3차 고조파 크기가 같고 위상도 같은 경우를 생각해 보자.

정리

직접 풀기 문제의 정답을 확인한다.

상마다 3차 고조파가 40 A이면 중성선은 3 × 40 = 120 A가 된다.

이번 장면의 핵심은 정의, 중성선 합산, 발전기 과열, 대책 네 가지다.

시험에서는 원인과 효과를 함께 적고 대책을 두 개 이상 쓴다.