❯고조파
- A고조파
VTHD, ITHD, ITDD, EDC
고조파전류보정계수, K-factor - B고조파 발생과정과 발생원
- C고조파 영향
변압기과열, 출력감소,발전기과열, 헌팅현상
역률저하,콘덴서 과열 및 소손, 콘덴서 단자전압 상승, 콘덴서 실효용량증가,
직병렬공진
영상분 고조파에 의한 영향
영상고조파, 케이블과열, 대지전위상승, 통신선의 유도장해, OCGR오동작, ELB,MCCB,ACB오동작,
계측기 계기 오차
소음 및 진동발생 - D고조파 관리기준
고조파총합외형률THD, 등가방해전류EDC, 총합수요왜형률TDD - E고조파 대책
변압기의 다펄스화, 단락용량증대, 기기용량선정시고려, 교류리액터설치,필터설치,전자장치설치,
💯기출문제
●D01.전원계통에 유입되는 고조파를 억제하기 위한 수동필터와 능동필터의 원리를 비교 설명하시오
○D133.고조파 장해를 방지하기 위해 설치하는 수동필터와 능동필터의 특징을 비교 설명하시오
모범답안(수동필터 능동필터)
수동필터
- 부하단 근처에 저임피던스 회로를 설치하여 고조파 전류가 그회로에 흡수되게 한다
- 부하에서 발생하는 고조파의 종류 및 크리를 측정하여 차수별 passive filter를 설치한다
능동필터
부하에서 발생하는 고조파 전류의 크기 및 차수를 검출하여 역고조파를 발생시켜 상호 상쇄시켜 정현파 구현
●E02.인텔리전트 빌딩의 고조파 발생에 대한 대책을 설명하시오
변압기의 다펄스화, 단락용량의증대,기기용량선정시고려,교류리액터설치,필터설치,전자장치설치(ZED)
○A03.종합 고조파왜형률을 설명하시오
모범답안(종합 고조파왜형율)
종합 고조파왜형율(VTHD)
- 고조파 전압, 전류의 실효치를 기본파 전압 전류의 실효치 비로 표현되며 고조파 발생정도를 나타냄
- 기본파전압,전류 대비 고조파전압, 전류가 어느정도 찌그러진 정도를 평가 할때 적용
\[\frac{고조파 저압 실효치}{기본파저압실효치}\times 100[\%]\]
\[V_{THD}=\frac{\sqrt{V_2^2+V_3^2+V_4^2+\cdot\cdot\cdot}}{V_1}\times 100[\%]\]
\[=\frac{\sqrt{\sum_{n=2}^n V_n^2}}{V_1}\times 100[\%]\]
**
○C04.교류계통 고조파 성분에 의한 통신유도계수에 대해 설명하시오
●C05고조파가 전기설비 및 기기에 미치는 영향, 장해의 형태에 대하여 설명하시오
모범답안(고조파영향)
- 변압기과열, 변압기출력감소,
- 발전기과열, 헌팅현상
- 역률저하,콘덴서 과열 및 소손, 콘덴서 단자전압 상승, 콘덴서 실효용량증가,
- 직병렬공진
- 영상분 고조파에 의한 영향
- 영상고조파, 케이블과열, 대지전위상승, 통신선의 유도장해, OCGR오동작, ELB,MCCB,ACB오동작,
- 계측기 계기 오차
- 소음 및 진동발생
○C06고조파가 전력용 변압기에 미치는 영향과 대책에 대하여 설명하시오
모범답안(고조파가 전력용 변압기에 미치는 영향)
1️⃣변압기
1)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
\[\Delta\theta_o=\Delta\theta_1\times(\frac{I_e}{I_i})^{1.6}\]
2)변압기 출력 감소
- 단상 변압기 출력감소
\[THDF=\frac{\sqrt2 I_{rms}}{I_{peak}}\]
- 3상 변압기 출력감소
\[ THDF= \sqrt {\frac{P_{LL-R^{(pu)}}}{P_{LL^{(pu)}}}}\times 100[\%]\]
○C07.3상 평형배선에서 4심 케이블의 고조파 전류 환산계수에 대하여 설명하시오
○E08.인버터 제어방식에 의한 전동기를 사용하는 경우는 주파수 변환에 의한 고조파가 발생한다. 이때 발생하는 고조파에 의한 전기설비의 오동작을 방지하기 위해 설치하는 노이즈필터용 접지에 대하여 고려할 사항을 쓰시오
●C09고조파가 전력용 변압기에 미치는 영향과 대책에 대하여 설명하시오.
모범답안(고조파가 전력용 변압기에 미치는 영향)
1️⃣변압기
1)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
\[\Delta\theta_o=\Delta\theta_1\times(\frac{I_e}{I_i})^{1.6}\]
2)변압기 출력 감소
- 단상 변압기 출력감소
\[THDF=\frac{\sqrt2 I_{rms}}{I_{peak}}\]
- 3상 변압기 출력감소
\[ THDF= \sqrt {\frac{P_{LL-R^{(pu)}}}{P_{LL^{(pu)}}}}\times 100[\%]\]
○C10.22.9[kV]3상4선 배전방식에서 중성선 영상고조파 전류의 영향에 대하여 설명하시오
○A11.고조파 왜형률을 나타내는 전류THD와 전류TDD차이점을 설명하시오
모범답안(THD TDD)
1)종합 고조파 왜형율
(VTHD : VoltageTotalHarmonicDistrotion)
- 고조파 전압, 전류의 실효치를 기본파 전압 전류의 실효치 비로 표현되며 고조파 발생 정도를 나타냄
- 기본파전압, 전류 대비 고조파전압, 전류가 어느정도 찌그러진 정도를 평가 할때 적용
\[\frac{고조파 저압 실효치}{기본파저압실효치}\times 100[\%]\]
- 전압 총합 왜형률(VTHD)
\[V_{THD}=\frac{\sqrt{V_2^2+V_3^2+V_4^2+\cdot\cdot\cdot}}{V_1}\times 100[\%]\]
\[=\frac{\sqrt{\sum_{n=2}^n V_n^2}}{V_1}\times 100[\%]\]
- 전류 총합 왜형률(ITHD)
기본파 전류 대비 고조파 전류의 함유율을 말한다
\[I_{THD}=\frac{\sqrt{I_2^2+I_3^2+I_4^2+\cdot\cdot\cdot}}{I_1}\times 100[\%]\]
\[=\frac{\sqrt{\sum_{n=2}^n I_n^2}}{I_1}\times 100[\%]\]
2)전류 총수요 왜형률
(ITDD : CurrentTotalDemandDistrotion)
최대 부하 전류 대비 고조파 전류의 함유율로 고조파 전류 규제치의 판단 기준값으로 사용한다
\[I_{THD}=\frac{\sqrt{I_2^2+I_3^2+I_4^2+\cdot\cdot\cdot}}{I_P}\]
○C12.수용가에서 전류고조파 왜형률을 평가할 경우에 고려하여야 할 역률과의 상관관계를 설명하시오
○a13.최근 정지형 전력변환기기에 이해 전력 품질을 저해하는 고조파의 발생이 증가하고 있다.다음에 대해서 설명하시오
- 고조파의 정의
- 고조파의 발생원
- 고조파의 측정방법
- 수동형 전력필터와 능동형 전력필터의 특징
모범답안(고조파)
❓고조파
- 기본주파수에 대해 2배, 3배, 4배와 같은 정수의 배에 해당하는 물리적 전기량
- 고조파는 정수배 주파수에 의하여 기존 정현파가 파형이 찌그러지는 왜곡된 파형이 되어 전원 측으로 유입되어 설비에 악영향을 끼치는 이상현상
- 고조파는 최근 변환기의 사용이 늘면서 모든 전기 설비에 영향을 끼쳐 소손, 열화, 불량 전원 양산 등의 영향으로 반드시 제거하여야 할 이상전원
1)종합 고조파 왜형율
(VTHD : VoltageTotalHarmonicDistrotion)
- 고조파 전압, 전류의 실효치를 기본파 전압 전류의 실효치 비로 표현되며 고조파 발생 정도를 나타냄
- 기본파전압, 전류 대비 고조파전압, 전류가 어느정도 찌그러진 정도를 평가 할때 적용
\[\frac{고조파 저압 실효치}{기본파저압실효치}\times 100[\%]\]
- 전압 총합 왜형률(VTHD)
\[V_{THD}=\frac{\sqrt{V_2^2+V_3^2+V_4^2+\cdot\cdot\cdot}}{V_1}\times 100[\%]\]
\[=\frac{\sqrt{\sum_{n=2}^n V_n^2}}{V_1}\times 100[\%]\]
- 전류 총합 왜형률(ITHD)
기본파 전류 대비 고조파 전류의 함유율을 말한다
\[I_{THD}=\frac{\sqrt{I_2^2+I_3^2+I_4^2+\cdot\cdot\cdot}}{I_1}\times 100[\%]\]
\[=\frac{\sqrt{\sum_{n=2}^n I_n^2}}{I_1}\times 100[\%]\]
2)전류 총수요 왜형률
(ITDD : CurrentTotalDemandDistrotion)
최대 부하 전류 대비 고조파 전류의 함유율로 고조파 전류 규제치의 판단 기준값으로 사용한다
\[I_{THD}=\frac{\sqrt{I_2^2+I_3^2+I_4^2+\cdot\cdot\cdot}}{I_P}\]
2️⃣발생원인
- 고조파 전류의 발생은 대부분 전력 전자소자를 사용하는 기기에서 발생한다
- 종류
- 변환장치(인버터, 컨버터, 무정전 전원장치(UPS), 정류기,VVVF장치등)
- 아크로, 전기로
- 형광등
- 회전기기
- 변압기
- 과도현상에 의한 것 등
- 형광등, 회전기기, 변압기, 과도현상 등은 순간적으로 발생되고 크기도 작아 큰 문제는 없으나, 변환장치 및 아크로, 전기로는 고조파 크기가 크고 지속적이기 때문에 다른기기나 선로에 주는 영향이 대단히 크다
5️⃣필터의 설치
1)수동필터
- 부하단 근처에 저임피던스 회로 (L-C동조필터, 고차수 필터)를 설치하여 고조파 전류가 그 회로에 흡수되게 한다
- 부하에서 발생하는 고조파의 종류 및 크기를 측정하여 차수별 Passive Filter를 설계한다
2)능동필터
- 부하에서 발생하는 고조파 전류의 크기 및 차수를 검출하여 역고조파를 발생시켜 상호 상쇄시켜 정현파 구현
○B14.배전설비 간선의 고조파 전류의 발생원인, 영향, 대책
○C15.K-factor적용 변압기와 허용용량계수를 적용하여 산출예를 들어 설명하시오
○C16.고조파의 발생에 따른 영향에 대하여 10가지를 들고 설명하시오
○E17.고조파 발생원이 많은 수용가에서 역률을 개선하는 방법
모범답안(고조파 역률개선)
고조파 발생원이 많은 수용가에서 역률 개선 방법
- 능동형 전력 필터(APF) 설치:
- 고조파 성분과 반대 위상의 전류를 주입하여 고조파를 상쇄시키는 가장 효과적인 방법입니다.
- 다양한 고조파 성분을 동시에 제어할 수 있으며, 역률 개선 효과도 뛰어납니다.
- 초기 투자 비용이 높지만, 장기적으로 볼 때 시스템 신뢰성 향상 및 유지보수 비용 절감 효과를 기대할 수 있습니다.
- 수동형 필터 설치:
- 특정 고조파 주파수에 대해 공진 현상을 이용하여 고조파 전류를 흡수합니다.
- 설계가 비교적 간단하고, 초기 투자 비용이 저렴합니다.
- 하지만, 특정 고조파에 대해서만 효과적이며, 시스템 변화에 따라 성능이 저하될 수 있습니다.
- 변압기 교체:
- 기존 변압기 대신 고조파 특성이 우수한 저손실 변압기로 교체하여 고조파 발생을 줄일 수 있습니다.
- 변압기의 용량과 종류에 따라 투자 비용이 크게 달라질 수 있습니다.
- 비선형 부하 교체:
- 고조파를 많이 발생시키는 비선형 부하를 고조파 발생량이 적은 부하로 교체하거나, 능동형 전력 보상 장치를 설치하여 고조파를 줄일 수 있습니다.
- 역률 개선용 콘덴서 설치:
- 역률 개선 효과는 있지만, 고조파 문제를 악화시킬 수 있으므로 주의해야 합니다.
- 직렬 리액터와 함께 사용하여 고조파 공진을 방지해야 합니다.
역률 개선 시 고려 사항
- 고조파 분석: 정확한 고조파 분석을 통해 발생원과 특성을 파악하고, 적절한 대책을 수립해야 합니다.
- 경제성: 각 방법의 장단점과 비용을 비교하여 최적의 해결 방안을 선택해야 합니다.
- 시스템 안정성: 역률 개선 설비 설치 후 시스템 안정성을 확보하기 위한 검증이 필요합니다.
- 유지보수: 설치된 장비의 유지보수 계획을 수립하고, 정기적인 점검을 통해 성능을 유지해야 합니다.
○C18.K-factor가 13인 비선형부하에 3상750[V]몰드변압기로 전력을 공급하는 경우 고조파 손실을 고려한 변압기 용량을 계산하시오
○A19.고조파와 노이즈를 비교 설명하시오
모범답안(고조파와 노이즈)
고조파와 노이즈, 무엇이 다를까요?
고조파와 노이즈는 모두 전기 신호의 순수성을 떨어뜨리는 요소이지만, 그 발생 원인과 특징이 다릅니다.
고조파는 주로 비선형 부하(변압기, 정류기 등)에서 발생하는 정현파의 정수배 주파수 성분을 의미합니다. 즉, 기본 주파수(예: 60Hz)의 2배, 3배 등의 주파수를 가진 성분들이 합쳐져 전압 또는 전류 파형을 왜곡시키는 현상입니다. 고조파는 주로 전력 시스템에서 발생하며, 전력 품질 저하, 장비 손상, 통신 장애 등을 유발할 수 있습니다.
노이즈는 좀 더 광범위한 개념으로, 원하지 않는 신호를 모두 포함합니다. 고조파도 노이즈의 한 종류라고 볼 수 있지만, 노이즈에는 고조파 외에도 전자기 간섭, 열잡음, 샷 노이즈 등 다양한 종류가 있습니다. 노이즈는 전기 시스템뿐만 아니라 통신 시스템, 측정 시스템 등 다양한 분야에서 발생하며, 신호의 정확성을 저하시키고 시스템의 성능을 저해할 수 있습니다.
고조파와 노이즈의 비교표
| 구분 | 고조파 | 노이즈 |
|---|---|---|
| 정의 | 기본 주파수의 정수배 주파수 성분 | 원하지 않는 모든 신호 |
| 발생 원인 | 비선형 부하, 스위칭 소자 등 | 전자기 간섭, 열잡음, 샷 노이즈 등 다양 |
| 특징 | 주파수가 일정하고 정수배 관계 | 주파수, 진폭, 위상이 불규칙 |
| 영향 | 전력 품질 저하, 장비 손상, 통신 장애 | 신호 왜곡, 시스템 성능 저하 |
왜 고조파와 노이즈를 구분해야 할까요?
- 원인 분석: 고조파와 노이즈의 발생 원인이 다르기 때문에, 각각의 문제를 해결하기 위한 대책이 다릅니다.
- 대책 수립: 고조파는 필터, 능동형 전력 조절기 등을 이용하여 제거할 수 있으며, 노이즈는 차폐, 접지, 필터링 등 다양한 방법으로 감소시킬 수 있습니다.
- 시스템 설계: 시스템 설계 시 고조파와 노이즈에 대한 충분한 고려가 필요합니다. 예를 들어, 고조파가 심한 환경에서는 고조파 필터를 설치하거나, 노이즈에 강한 부품을 사용해야 합니다.
○C20 유도전동기의 출력에 영향을 미치는 고조파 전압계수
●C21.고조파가 전동기에 미치는 영향과 대책에 대하여 전동기 종류별로 설명하시오
○C22.3상 평형 배선의 상전류에 고조파가 포함되어 흐르는 경우 4심및 5심 케이블에 고조파 전류에 대한 보정계수 적용
○A23.고조파K-factor
○E24.전원계통에서 고조파 억제 수동필터와 능동필터 ❯01
○C25전기수용설비에서 3상4선식 배전방식에서 중성선의 과전류현상과 영상고조파 전류의 영향
○C26비선형부하가 연결되어 있는 회로에서 역률을 계산하는방법
○C27표피효과에 대하여 설명하고, 표피효과가 전기 및 통신케이블의 도체에 미치는 영향에 대하여 설명하시오
○AC28고조파를 발생하는 비선형 부하에 전력을 공급하는 변압기의 용얄을 계산하는 K-factor로 인한 변압기 출력 감소율에 대하여 설명하시오
●C29인버터 제어회로를 운전하는 경우 역룰 개선용 콘덴서의 설계 및 선정 방안에 대하여 다음 사항을 설명하시오.
1)인버터 종류 및 역률 개선용 콘덴서 설치 개념
2)콘덴서 회로 부속기긱 및 용량 산출
3)직렬리액터 설치 시 효과 및 고려사항
○A30변압기의 K-factor에 대하여 설명하시오
○C31.3고조파 전류가 영상전류가 되는 이유에 대하여 설명하시오.
○C32.고조파가 전력용 변압기와 회전기에 미치는 영향과 대책을 설명하시오
●a33.고조파에 대한 다음사항을 설명하시오
1)고조파의 정의
2)고조파 발생 원인
3)3상 평형 배선의 상전류에 고조파가 포함되어 흐르는 경우 4심 및 5심 케이블 고조파전류의 보정계수
4)보정계수 적용 시 고려사항
○C34.전기설비에서 영상분 고조파가 콘덴서에 미치는 영향을 설명하시오
🌐V1012T24
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