전력계통의 고조파 발생원인,영향,대책

전력계통의 고조파 발생원인,영향,대책 1.개요 1)고조파(Harmonics)란 기본파의 정수배를 갖는 전압,전류를 말하며 일반적으로50차 수 정도 까지를 말한다. 그이상은 고주파(High Frequency) 혹은 Noise로 구분된다. 2)전력계통에서 논의되는 고조파의 범위는 제5고조파에서 제37고조파 까지임. 3)고조파전류의 크기(Im) Im = Km x I1 / n 단, Km ; 고조파 저감계수 I1 ; 기본파전류 n ; 발생고조파 차수 2.고조파 발생원인 1)변환장치에 의한 고조파 ; 변환장치(정류기,인버터,VVVF등)내의 Power Electronics에 의한 고조파는 2차 부 하측의 DC,AC변환시 구형파가 전원으로 유입되어 발생한다. 2)아크로에의한 고조파 ; 3상단락 혹은 2상단락, 아크끊김과 같은 극단적인 변동의 ARC로 사용이 반복될 때발생, 제3고조파가 현저하며 변압기 델타결선해도 흡수 안된다. 3)회전기에의한 고조파 ; 회전기내의 Slot에의한 Slot하모닉스로서, 고차수 고조파로 발생량이 미소하여 문제 시 안된다. 4)변압기에의한 고조파 ; 변압기의 자화특성(히스테리시스 현상)으로 변환전류의 위상차로 인한 여자전류내 고조파가 함유됨 , 특히 제3고조파가 주성분임. 5)과도현상 ; 전압의 순시동요, 계통서지, 개폐기의 개폐등 일시적인 현상. 6)전력용콘덴서와 전원측 유도성 리액턴스의 공진 ; 고조파의 직접발생원인은 아니나 전원측 유도성 리액턴스와 콘덴서의 용량성 리액 턴스가 직,병렬 공진시 전력용 콘덴서로 유입된 고조파의 확대현상을 초래함. 7)송전선로의 코로나 ; 코로나 방전은 전위경도 30kv/cm 초과시 교류전압의 반파마다 전압의 최대치 부근 에서 발생하여 고조파 전압,전류 발생됨. 3.고조파의 영향 1)유도장해 ; 코로나에의한 고조파전류중 제3고조파 성분은 중성점 전류로써 나타나고 중성점 직접접지 방식에서는 부근의 통신선에 유도장해 발생함. 2)기기에의 영향 - 전력용콘덴서의 과열 또는 고장 - 전력케이블의 절연열화 또는 고장 - 변압기의 절연열화 또는 과열 - 피 전기기기의 과열 - 개폐장치의 고장 - PLC 또는 마이크로프로세서 이용기기의 자동화 및 제어기기의 오동작 - 보호계전기의 오동작 및 부동작 - 변환장치의 여유각 감소 - 발전기의 국부적 과열 등 그 피해가 많다. 3)계통공진 ; 전력계통의 고조파로 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스의 직,병렬공진 발생시 변압기 및 콘덴서의 절연파괴, 케이블의 절연파괴등 발생. 4. 고조파 저감대책 1)계통측면에서의 대책 (1)계통의 단락용량 증대 ; 배전선의 저항과 리액턴스를 낮추어 공급점의 단락용량을 크게함. (2)공급배전선의 전용선화 ; 배전선의 단락용량을 증대하는 것은 한계가 있어 용량이 큰 고조파 발생기기의 전원공급 배전선을 전용선화 함. (3)배전선의 선간전압의 평형화 ; 반도체 정류기에 공급전원이 불평형시 특히 제3고조파 발생이 크므로 각상의 부 하의 밸런스를 유지할 것. (4)계통절체 ; 고조파의 원인과 발생을 정확히 알 수 있을 때 고압배전계통 수용가 공급분의 계통절체 또는 변전소 뱅크의 변경으로 선로정수를 변경하여 공진상태 회피시킴. 2)수용가측의 대책 (1)필터의 설치 - 교류필터 ; 콘덴서와 리액터로 고조파전류를 흡수하는 장치 ; 구성이 간단하고,취급 및 보수가 용이한 설비 ; 특정주파수에는 큰효과가 있는 반면 분로를 만들지 않는 주파수의 개선효과는 낮고, 역률개선효과가 있다. ; 경제적이다 - 액티브필터 ; 인버터기술을 응용해서 부하와 역위상의 고조파를 발생시켜 구 고 조파를 제거하는 장치. ; 변동하는 고조파에 대응할수 있고, 전압변동,전압플리커의 저감에 도 효과적이다. ; 모든조파에 대해 효과가 있지만 비교적 고차 조파의 개선효과는 낮다. - 하이브리드파워필터 ; 교류필터와 액티브필터 각각의 특성 모두 가진 장치 ; 교류필터가 흡수하는 고조파전류를 인버터로 제어하기 때문에 높은 필터효과 얻음. ; 설치비 교류필터와 액티브필터 중간정도. (2)변환장치의 다(多)펄스화 (3)기기 자체의 고조파 내량 증가 - 통신선의 케이블화 하고 외장도체의 접지를 철저히 한다. - 장애발생건수가 많은 리액터의 경우 리액터 전류용량 증가 또는 리액터용량 변 경(6%에서 8%), 공진주파수를 늦춘다. (4)PWM 방식 채용 ; GTO나 파워트랜지스터등 소자를 사용하여 컨버터나 인버터의 입출력 파형을 다수의 펄스로 변환하여 사용. (5) 변압기의 델타결선