고조파 대책

◆ 변환기의 다펄스화( l )

◆ 변환기의 다펄스화(Ⅱ)

 

차 수	5	7	11	13	17	19	23	25
6펄스	17.5	11.0	4.50	3.00	1.50	1.25	0.75	0.75
12펄스	2.00	1.50	4.50	3.00	0.20	0.15	0.75	0.75

                                                                                                       (단위:%)

◆ 위상변위 (phase shift)

    A,B Feeder 중 B Feeder에 위상변위 TR을 설치. A,B Feeder위상을 30°차이가 나게하면
    벡터표에서와 같이 5,7 고조파는 서로 상쇄되도록 되어있다.

 ▶ 5th, 7th 고조파 Cancel Vector

  ▶ phase shift TR 응용(Ⅰ) 

 
  ▶ phase shift TR 응용(Ⅱ)

 ▶ 위상변위 개선사례

전류 THD 35.2%  => 8.5%로 감소

 고조파 전류 35.2%를 8.5%로 감소시킨 사례를 나타내었다.

◆ 단락용량 증대

◆ 기기용량 선정시 고려사항

 ▶ 변압기 용량 선정

 ▶ K-Factor란 비선형부하들에 의한 고조파의 영향에 대하여 변압기가 과열
    현상 없이 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 능력

   (※ ANSI C57. 110)

고조파(h)	Ih(pf)	Ih(pu)	Ih(pu)2	h2	K-h factor=Ih(pu)2h2
1	100%	0.886	0.786	1	0.7855
3	37.6%	0.333	0.111	9	0.998
5	22.6%	0.200	0.040	25	1.000
7	16.1%	0.143	0.020	49	0.98
…	…	…	…	…	…
합계	52.3%	52.3%	1.000		K-Factor 12.786

K	Typical Load Characteristics
1	Purely linear, no distortion
7	50% 3phase nonlinear, 50% linear
13	3 phase nonlinear
20	Both single and 3 phase nonlinear
30	Purely single phase nonlinear

  - 변압기 출력감소 (Ⅰ)

  단상부하

  - 변압기 출력 감소율

  THDF 

 ※ THDF : Trans Former Harmonics Derating Factor

 ※ Sine Wave 일 경우 THDF  =1

 - 감소된 변압기 출력

 Derating Power (KVA)=Name plate KVA × THDF

 

  - 변압기 출력감소 (Ⅱ) 

  3상부하 ( ANSI / IEEE C57-110) 
   
  PLL-R (pu) = 1 + PEC-R (pu)
  PLL (pu) = 1 + K Factor × PEC-R (pu)
  PEC-R : 와류손
  K-Factor 13 인 경우 ( Mold TR )
  

 ▶ 발전기 용량 선정

   ▷ 등가역상전류 
        : 기본파 전류,   : 제5고조파 전류,   : 제7고조파 전류
   ▷ 비상용 발전기에 고조파 부하가 있는 경우 필요용량 배수는 다음과 같다.

정류상수	IR : 정류회로부하의   등가 역상전류 (단, 정류회로   입력KVA BASE)	IG  : 발전기측 허용등가역상전류      (단, 발전기출력KVA BASE)
		수소냉각   발전기 9%	공랭식   발전기 12%	디젤발전기   15%∼20%
		n=IR/IG : 고조파부하에 대응하는 최소필요     발전기용량배수
6	44.0%	4.89	3.66	2.94∼
12	19.6%	2.17	1.63	1.3∼1.0
18	13.4%	1.49	1.11	1.0
24	10.3%	1.14	1.0	1.0

◆ 콘덴서용 직렬리액터설치

 ▶ 6% 리액터 설치

 ▶ 13% 리액터 설치

 ▶ 3고조파 발생계통의 콘덴서에 6% 리액터가 설치되어 있으면? 

 

 ▶ 리액터 설치시 콘덴서 단자전압 

 ▶ 콘덴서유입전류(1) (6%리액터설치)
 

 ▶ 콘덴서유입전류(2) (8%리액터설치)
 

 ▶ 콘덴서유입전류(3) (13%리액터설치)

 

 ▶ 콘덴서유입전류[ TR 1200KVA, 콘덴서 400KVA,
                   고조파(5th:36%, 7th:10%) ]

리액터		콘덴서 유입전류(실효치)	5조파 전류
무(無)		5909KVA(1477%)	108%
유(有)	6%	5456KVA(114%)	54%
	8%	426KVA(106.5%)	36%
	13%	408KVA(102%)	9.5%

       ※ 13% 리액터가 적당

 ▶ 고압 진상콘덴서 관련 JIS 개정내용(1998년)
    ▷ 개정목적 및 내용
       - 야간·무부하시 고조파 전류 확대 ⇒ 리액터설치 의무화
       - 직렬리액터 설치시 정격전압, 정격용량 변화
       - 고조파 발생량이 많은 경우 직렬리액터를 설치해도 과열·소손 ⇒ 고조파 내량 강화
    ▷ 콘덴서, 직렬리액터 정격 

개 정 전	항   목		일 반	고조파대책
	직렬 리액터	리액턴스	L=6%	L=8%	L=13%
		정격	6Kvar, 229V	8.7Kvar, 331V	14.9Kvar, 569V
		허용제5고조파전류	35%	35%	35%
	콘덴서	정격	100Kvar,6600V	109Kvar,7170V	155Kvar,7590V
개 정 후	항   목		일반고조파대책	특고수전설비용	특별고조파대책
	직렬 리액터	리액턴스	L=6%		L=13%
		정격	6.38Kvar,243V		14.9Kvar,569V
		허용제5고조파전류	35%	55%	35%
	콘덴서	정격	106Kvar,7020V		115Kvar,7590V

  -콘덴서정 격전압
  

  -콘덴서 용량

  

  -리액터 정격전압

  

  -리액터 정격용량

   

   

◆ 수동 Filter (Passive Filter)

▶ Passive Filter 개요 (1)

 ▶ Passive Filter (2)

▶ Passive Filter (3) 용량
  

 ▶ Passive Filter (4) 수동필터 설치 후 개선사례

                      〈 개선전 〉                                              〈 개선후 〉 

  

◆ 능동 Filter (Activ Filter)

 

 ▶ 능동필터 ACTIVE FILTER 설치 후 개선사례
                                               <  개선전 >


                                                 < 개선후 > 

항    목	FILTER 설치전	FILTER 설치후
1. 부하전류량 (A)	76.45	63.01
2. 전류 고조파 함유량	74.48%	4.783%
3. 역률	0.76	0.98%

              

◆ 리액터(ACL, DCL) 설치

  인버터의 전원측에 AC 리액터를 설치하거나 DC 측에 DC리액터를 설치하면 
  콘덴서에 의한 전류의 피크값을 완화시켜 고조파를 개선하는 효과가 있다.
  ACL 용량이 클수록  고조파 개선효과가 크지만 (5% 이상이면 큰 차이 없음) 전압 강하를 고려
  하여 적정용량을  선정해야한다.

 ▶ 리액터 설치 개선효과 

차수	5	7	11
리액터 없음	65	41	8.5
ACL	38	14.5	7.4
DCL	30	13	8.4
ACL, DCL	28	9.1	7.2

 

 

 

 ▶ 리액터 설치 결과(3%)    

MOTOR			ACL/DCL 설치				ACL/DCL 미설치
전압(A)	HZ	극 수	전류(A)	THD (%)	Inverter 출력전류	전력(KW)	전류(A)	THD (%)	Inverter 출력전류	전력(KW)
380	60	6	140.7	73	106.1	92.6	121	43	128.8	79.6
380	50	6	71	94	67.6	46.7	64	73	81.9	42.1
380	40	6	31.9	126	41.8	21	29	101	50.8	19.1
380	30	6	17.5	156	31.3	11.5	15	127	37.4	9.9
380	20	6	7.1	190	22.4	4.7	6	160	26.8	3.9

◆ UHF 설치 개선 사례  

 ▶ UHF 개요                               - 장점 : 최근에 개발되어 현장에 적용되고 있는 Filter로 가격은
              Passive Filter 수준이나 개선효과가 크고 Passive Filter의 단
              점인 공진, LC 값 고정등의 문제점 없어 앞으로 확산될 것 으로
              보인다.

           - 단점 : UHF는 설치가 간단하고 유지관리가 단순하지만 계통에 직렬로
              설치하고 UHF 2차 전압 및 전압 THD가 약간 상승한다.

 

 

 

 

UHF 설치 결과          

◆ Notching Voltage 개선 - Line Reactot 설치

            

                 : 모선의 Notching Voltage
                                             : 고조파 부하전단의 Notching Voltage

 

           즉, Z_L을 크게하면 모선의 Notching Voltage는 크게 개선됨
             [ 필요시 Line Reactor(Z_L) 설치 ]

 ▶ 리액터 설치시 Notching Voltage 개선사례   

                     〈 개선전 〉                                                〈 개선후 〉

◆ PWM 방식도입

◆ 중성선 영상고조파 대책

 

 

 ▶ NCE (Neutral Current Eliminator)

 

  철심에 다중의 권선이 감겨져 있으며 2개의
  상이 서로 반대로 결선되어 있어 영상분 자속은
  Cancel 되고 정상 및 역상분자속은 Cancel 되지
  않는 구조로 되어있다. 즉 영상분 임피던스가 
  낮은 일종의 Zig-Zag 결선이다.

 

 

 

 

 ▶ NCE설치 영상분 고조파 흡수

  - 각상의 기본파는 Vector 합이되어 0 으로 되지만 각상의 영상분 고조파(3, 6, 9 고조파)는
    중성선에선 0 이 되지 않고 스칼라 합으로 나타난다.

  - 이러한 이유로 빌딩의 3상 4선식 중성선에는 많은 전류가 흐르게 되어 대지 전위 상승 및
    과열, 소손등의 원인이 된다.  

▲ 중성선 말단에 NCE를 설치하여 영상분은 NCE를 통하여 순환되록 하고     3상4선식 중성선에는 역상 및 정상분 고조파만 흐르게 하는 것.

 ▶ NCE 설치(2000년 3월) 전 ·후 비교  

설치장소	구   분	설치 전	설치 후	비   고
20층 전열 NCE300A	상전류[A]	149	123	N상 전류 88%저감
	THID[%]	66.3	31.7
	N상 전류[A]	208	25
	불평형률[%]	17.3	16.4
	N상 전위[V]	3	0.25∼0.97	68∼92% 저감

 ▶ 기타 효과

    1. MCCB 발열이 줄었다.
    2. 중성선의 발열을 손의 감촉으로 느낄 수 없이 줄었다.(찬 느낌)
    3. 변압기의 소음이 감소됨을 느낄 수 있다.
    4. 역률이 증가하였다.

 ▶ 제3고조파 Blocking Filters