[고조파] 고조파 발생원인 및 저감대책

[Parsons Brinckerhoff]

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