고조파 영향


1)변압기

  • 변압기 과열
    Δ권선 내 순환전류로 인한 열 발생으로 변압기 열화 촉진
  • 동손증가
\[E_c=\frac{W_c}{W_{c1}}\times 100[\%]\]
  • 철손증가
\[E_c=\frac{W_i}{W_{i1}}\times 100[\%]\]
  • 변압기 권선온도 상승
\[\Delta\theta_o=\Delta\theta_1\times(\frac{I_e}{I_i})^{1.6}\]
  • 변압기 출력 감소
  • 단상 변압기 출력감소
\[THDF=\frac{\sqrt2 I_{rms}}{I_{peak}}\]
  • 3상 변압기 출력감소
\[ THDF= \sqrt {\frac{P_{LL-R^{(pu)}}}{P_{LL^{(pu)}}}}\times 100[\%]\]

2)발전기 과열 및 Hunting발생

  • 발전기 과열
    • 댐퍼봉 및 단락 동판에 고조파에 의한 발전기 역상전류 발생
    • 역상 회전자계의 자속이 댐퍼 권선회로와 쇄교
    • 댐퍼 권선손실이 증가하여 발전기 출력이 저하
    • 고조파 전류에 의한 등가역상 전류
\[I_{2eq}=\sqrt{\sum(\sqrt[4]{\frac{v}{2}}\times I_v)^2}\]
  • Hunting 발생

3)콘덴서

  • 역률 저하
    비선형 부하는 고조파에 의한 무효 전력분에 의하여 역률이 저하된다
\[PF=\frac{P}{A}=\frac{kW}{kVA}=\cos\phi\] \[s=\sqrt{P^2+Q^2}\] \[kVA=\sqrt{kW^2+kVAR^2}\]
\[PF=\frac{P}{S}=\frac{kW}{kVA}\] \[s=\sqrt{P^2+Q^2+H^2}\] \[kVA=\sqrt{kW^2+kVAR^2+kVAR_N^2}\]
  • 콘덴서 과열 및 소손
    실효치 전류가 증가하여 콘덴서 과열 : 고조파 전류는 임피던스가 낮은 콘덴서로 유입되어 과열 및 소손된다.
  • 콘덴서 단자전압 상승 :
    고조파 유입시 콘덴서 단자전압이 상승하여 콘덴서 내부소자나 층 간 절연 및 대지 절연파괴를 유발한다.
\[V=V_1(1+\sum^n_{n=2}\frac{1}{n}\times\frac{I_n}{I_1})\]
  • 콘덴서 실효용량 증가 :
    고조파 유입 시 콘덴서 실효용향 증대로 유전체 손실이 증가하고 내부소자의 온도 상승이 커져서 콘덴서의 열화를 촉진한다.
\[Q=Q_1\times[1+\sum^n_{n=2}\frac{1}{n}\times(\frac{I_n}{I_1})^2]\]

4)직 병렬 공진

  • 전원측
\[I_{on}=\frac{nX_L-\frac{X_c}{n}}{nX_o+(nX_L-\frac{X_C}{n})}\cdot I_n\]
  • 콘덴서 측
\[I_{on}=\frac{nX_o}{nX_o+(nX_L-\frac{X_C}{n})}\cdot I_n\]

5)영상분 고조파에 의한 영향

영상분 고조파 증가

  • 선형부하
\[I_{N1}=I_{R1}+I_{S1}+I_{T1}\] \[=I_m\sin\omega t+I_m\sin(\omega t-120)+I_m\sin(\omega t-240)\] \[=I_m\sin\omega t+I_m[\sin\omega t\cos120-\cos\omega t\sin120]\] \[+I_m[\sin\omega t\cos240-\cos\omega t\sin240]\] \[=0\]
  • 비선형 부하
\[I_{N3}=I_{R3}+I_{S3}+I_{T3}\] \[=I_m\sin3\omega t+I_m\sin3(\omega t-120)+I_m\sin3(\omega t-240)\] \[=I_m\sin3\omega t+I_m[\sin3\omega t\cos360-\cos3\omega t\sin360]\] \[+I_m[\sin3\omega t\cos720-\cos3\omega t\sin720]\] \[=3I_m\sin3\omega t\]
  • 따라서 평형 부하이고, 선형 부하일 때 중성선에 흐르는 전류는 중성선에서 벡터합이 되어 “0[A]”가 되고, 평형부하이고 비선형 부하일 때 중성선에 흐르는 전류는 영상 고조파(3,9,15차)전류가 중성선에 위상이 동일하여 벡터합이 아닌 스칼라합이 되어 중성선에 과전류가 흐른다.

케이블 과열

  • 전류증가 : 중성선에 기본파 전류는 존재하지 않으나 각상의 300%에 달하는 3차 영상 고조파 전류는 존재하여 중성선 과열
  • 교류 도체저항 증가 : 제3고조파는 기본파의 3배인 180[Hz]의 주파수 성분
    교류저항
\[R_{AN}=R_D\times(1+\lambda_s+\lambda_p)\]
  • 교류는 주파수에 따라 표피효과 상승으로 교류 도체저항 증가로 케이블의 발열이 발생
  • 침투깊이
\[\delta=\sqrt{\frac{2}{\omega\sigma\mu}}[m]\]

대지전위 상승

  • 중성선에 3고조파 전류가 많이 흐르면 중성선과 대지 간의 전위차는 중성선 전류와 중성선 리액턴스의 3배의 곱
\[V_{N-g}=I_n(R+j3\omega L)\]
  • 고조파에 의한 주파수 및 전류가 증가하여 큰 전위차 발생 및 기기 오동작

통신선의 유도장해(TIF)

\[V_{TIF}=\frac{\sqrt{\sum^H_{h=1}(T_h\times Z_h\times I_h)^2}}{V_1}\]

OCGR 오동작

  • 구동토크
  • 고조파가 있을경우 ω 증가하여 구동토크T증가로 유도원판형 계전기 동작하여 차단기 오동작
\[T=K\omega\phi_1\phi_2\sin\theta-KS(유도원판의 스프링억제력)\]

ELB/MCCB/ACB 오동작

ELB오동작ACB및MCCB동작
ELB에 흐르는 전류
\[I_{rms}=\sqrt{I_1^2+I_3^2+I_5^2+…}\]
누설전류
\[I_g=2\pi fCV∝f\]
고조파 많으면 누설전류 증대, ELB오동작
ACB가 MCCB가 동작전류의
피크치를 감지하여 동작할 경우 고조파가 함유되면 피크치가 높아져 오동작함

6)계측기/계기 오차 증가

  • 전압 및 전류의 유효 자속이 기본파에 고조파 성분이 중첩되어 비선형 특성을 가지므로 특정오차가 발생하며, Digital인 경우 고조파 성분을 충분하게 분석하지 않으면 측정오차 발생
  • 계측기의 오차 변화 한계는 JIS C 1216에 제3고조파가 10% 함유시의 기준이므로 10%를 초과 시 오차는 더욱 커진다
  • 지시계기의 오차 변화 한계는 JIS C 1102에 제3고조파rk 15%함유 시의 기준이므로 15%를 초과할 경우 오차는 더욱더 커짐

7)소음 및 진동발생

고조파 전류 발생 → 여자 전압 왜형 → 진동증가 → 진동음 증가

고조파
고조파 발생과정과 발생원
고조파 영향
고조파 관리기준
고조파 대책


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