고조파 영향

◆ 전기설비 과열 ·소손

 ▶ 콘덴서 과열

   제5고조파가 발생하여 전원측으로유출되면
   X_C(용량성임피던스)는 1/5로 줄고
   X_L(유도성임피던스)는 5배로 된다.
   

   즉, 고조파전류는 임피던스가 낮은 콘덴서로 유입
   되어 과열의 원인이된다.





   콘덴서 회로 임피던스
       ≪ 전원측(변압기) 임피던스
                               _{_____________________________________}

   콘덴서유입량 =  √(기본파전류)²+(고조파전류)²

 ▶ 변압기 과열
                           

       영상분고조파 순환        와전류손실∝I_h²h²    표피효과           누설전류

 ▶ 발전기 과열

 ▷발전기 댐퍼 권선 : 댐퍼봉과 단락
   동판은 변류기의 2차측 권선작용을
   함. 따라서, 발전기에 역상전류가
   흐르면 역상회전자계의 자속이 댐
   퍼권선회로와 쇄교하여 댐퍼권선
   등의 손실이 증가되고 출력을 저하
   시킨다.

 

 

    ▷ 고조파 전류에 의한 등가역상전류
                
        

        단, : 6의 배수, : 고조파전류,   : 등가역상전류

 ▶ 케이블 과열

    ▷ 교류도체저항 증가, 전류 증가 ⇒ 케이블 과열

       교류저항 R_AN = R_D(1+λ_S+λ_P)

                R_D  : 직류도체저항
                λ_S : 표피효과계수
                λ_P : 근접효과계수

       즉, 고조파에 의한 높은 주파수로 교류저항 증가, 송전용량 감소
       도체의 발열(Ｗ) = ∑In²R_AN

◆ 공진 (직렬·병렬공진)

 ▶ 직렬공진                                                    ▶ 직렬공진에 의한 장해 예  
                                                             

 ▶ 콘덴서 소손시 공진발생 사례

 ▶ 병렬공진
 
 ▶ 고조파전류의 확대 및 병렬공진(Ⅰ)

  ⇒   

 ▶                   ▶

 ▶ 고조파전류의 확대 및 병렬공진(Ⅱ)

◆ 중성선에 미치는 영향

 ▶ 중성선에 과전류 흐름

 

최근 그림과 같은 3φ4ω방식이 보편
화 되고 있는데 중성선에 과대한 전
류가 흘러 MCCB Trip, 케이블 및 변
압기 소손, 유도장해 등의 원인이 된
다.

 

 

 
 ▶ 각 상 및 중성성 전류 실측사례

변압기용량	R상	S상	T상	N상
3상 250KVA	300A	300A	250A	350A

 ▶ 제3고조파에 의한 중성선 전류 확대현상

 ▶ 변압기 과열                       

 - 변압기의 권선온도 상승     
    
 
 
     

 

 

 예) 고조파가 함유된 전류 800A, 기본파 전류 650A인 경우
     
    즉, 기본파전류에 의한 온도 상승보다 약 39% 증가한다.
    
    그러므로, 기본파에 의한 온도상승 Δθ₁ 은 고조파 전류를 제거하게 되면 약28% 정도
    온도상승이 감소하게 된다.

 ▶ 케이블 중성선 및 MCCB 과열

 일반적으로 중성선의 굵기는 다른상에 비하여 같거나 가늘게 선정하고 있는데 영상분 고조파에
 의하여 중성선에 많은 전류가 흐르게 되면 케이블이 과열된다. 또한, 제3고조파는 기본파의 3배인
 180HZ의 주파수 성분을 갖기 때문에 표피효과에 의해 케이블의 유효단면적을 감소시켜 저항의 증
 가현상으로 케이블 및 MCCB의 과열현상은 더욱 크게된다.

 ▶ 유도장해

 ▶ 중성점 전위상승
  중성선에 제3고조파 전류가 많이 흐르면
  중성선과 대지간의 전위차는 중성선전류와
  중성선리액턴스의 3배의 곱
  VN-G = × ( R + ?? 3XL ) 이되어
  큰 전위차를 갖게된다.

 

 

 

 

 

◆ Notching Voltag
e

                  X₀ : 전류용 리액터
                  X_d : 평활용 리액터                                 

 ▶ 실제발생 예
                        
   

◆ 역률저하

▶ 역률 실측결과

    Non-Linear(비선형) 부하의 고조파 무효분(H)을 제거함으로서 나타나는 역률 개선효과의 실측치
    (인버터에 대한 실측임)
    - 고조파 제거 전 역률 76%가 제거 후에는 98%로 개선

    ◎ 고조파 전류 개선전 실측자료

      ALL  CHANNELS  SUMMARY  REPORT   f=60.03hz  (A  )
            ***A***    ***B***    ***C***   ***D***   ***ABC***
      V     216.7       217.7      217.0     0.101      216.7
      I     72.53       76.45      75.52     0.000      72.53
     PF     0.776       0.781      0.776     0.000      0.766
    Ithd    74.75       73.30      73.35

     ◎ 고조파 전류 개선후 실측자료

      ALL  CHANNELS  SUMMARY  REPORT   f=60.03hz  (A  )
            ***A***    ***B***    ***C***   ***D***   ***ABC***
      V     216.9       217.9      217.3     0.107      216.9
      I     59.59       63.01      61.68     0.000      59.59
     PF     0.998       0.988      0.984     0.000      0.988
    Ithd    6.388       6.033      5.737

◆ 전력손실

                  고조파전류와 부하손실                                고조파전류와 무부하손실(철손)

◆ 소음 ·진동
 ▶ 변압기 진동 · 소음

   고조파 전류 → 여자전압 왜형
         → 진동증가 → 진동음 증가
   같은 level의 음도 주파수 대역에 따라
   크게 느껴진다(500 - 5000㎐)

 

 

 ▶ 전동기 소요주파수 분석예

                            (a) 정현파전원 구동시(25㎐)

                            (b) 인버터 구동시(25㎐)

 

◆ Flat－topping

 ▶비선형 부하에 의하여
  정현파 전압의 peak 치를
  낮추는 현상을 Flat－topping
  이라 한다.
 ▶AC Flat－topping은 DC전압을 낮춘다.
   - 10% 전압강하⇒11%전류상승⇒23%
     I²R손실증가
   - 10% 전압강하⇒정류기 2차 콘덴서
     충전능력 37% 감소