고조파 영향

고조파의 정의

고조파는 기본 주파수의 정수배 주파수를 갖는 전압·전류 성분이다.

비선형부하가 만든 고조파는 전력기기의 과열과 오동작을 일으키는 전력품질 장해다.

파형이 찌그러진 만큼 주파수 배수의 성분이 생기는 것이다.

고조파 발생원

고조파의 발생원은 변환장치, 아크로·전기로, 형광등, 회전기기, 변압기, 과도현상이다.

변환장치와 아크로·전기로는 고조파 전류가 크고 지속적이어서 주된 문제가 된다.

피해가 가장 많이 보고되는 기기는 전력용 콘덴서다.

이 피해가 일어나는 원리는 병렬공진이다.

병렬공진과 증폭

고조파 전류는 전원 임피던스와 콘덴서가 만드는 병렬공진 조건에서 증폭된다.

특정 차수에서 공진하면 고조파 전류와 전압이 크게 커진다.

그 결과 콘덴서가 과열되고 소손되는 피해가 먼저 나타난다.

공진 여부는 계통 임피던스 조건에 좌우되므로 설계 단계에서 검토한다.

기기별 영향

기기 영향은 종류마다 현상과 피해 형태가 다르게 나타난다.

전력용 콘덴서는 과열과 과전압, 병렬공진으로 소손된다.

회전기기는 철손과 동손이 늘어 과열되고 토크 맥동이 생긴다.

변압기는 히스테리시스손과 와전류손이 증가해 과열된다.

정지형 계전기는 오동작하고 계기는 오차가 생긴다.

공진 차수 계산

병렬공진 차수는 근사식으로 구한다. 단락용량과 콘덴서 용량 비의 제곱근이다.

단락용량 100MVA, 콘덴서 용량 10Mvar를 대입한다.

계산하면 공진 차수는 약 3.2가 된다.

3차와 4차 사이여서 3고조파와 가까워 공진 위험이 크다.

THD와 TDD 구분

헷갈리기 쉬운 것이 THD와 TDD다. 둘은 기준이 다르다.

THD는 기본파 대비 고조파의 비이고, 순간값으로 측정한다.

TDD는 최대 수요 전류 대비 고조파 전류의 비로, 권장 한계 판정에 쓴다.

정리와 확인

정리하면 고조파는 비선형부하에서 발생해 계통으로 전달된다.

공진이 생기면 증폭되어 콘덴서, 회전기, 변압기, 계전기에 피해를 준다.

판정은 TDD 기준으로 하고, 대책은 필터와 직렬리액터 설치 등이다.