고조파 발생원인 및 영향[2] ? 고조파발생이 전기설비 및 운영에 미치는 영향과 대책

전력계통의 고조파발생이 전기설비 및 운영에 미치는 영향과 대책

1. 개 요

전력설비의 고조파는 전원의 특성에 따라 발생될 수도 있으나 최근에는 반도체를 사용한 전기기기의 대량보급과 각종 설비 자동화에 따라 전기사용기기에서의 고조파 발생이 점차 확대되고 있는 추세이다.

고조파에 의한 장해는 전력계통의 운영측면에서 뿐만아니라 사용기기간의 상호장해까지 발생하고 있어 전기의 질적향상 측면에서 문제점은 물론 전기사용자의 보호면에서 매우 중요한 의의를 갖는다.

2. 영 향

고조파에 의한 영향은 전력계통 및 전기사용기기에 직접 과열등을 발생시켜 기기를 파손시키는 경우와 각종 기기의 성능을 저하시키거나 주변환경에 영향을 주는 경우로 대별할 수 있다.

2-1. 기기의 직접 파손

전력용 기기의 직접파손으로 주로 고조파에 대하여 저임피던스로 작용하는 용량성부하의 영향으로 다음과 같은 예를 들 수 있다.

- 전력용콘덴서에 고조파의 過電流가 발생되어 過熱 손상

- 전력계통과 전력용 콘덴서 사이에 고조파 병렬공진현상 발생

- 고역율 형광램프의 콘덴서에 과전류가 흘러 과열 및 손상

- 전원계통 발전기의 회전자 단부에 국부적 과열

2-2. 전기사용 기기의 성능저하 및 장애

- 전력선과 병가하는 통신선에 고조파 전자유도장애

- 싸이리스터, 인버어터의 교류측 전압파형이 왜곡되어 제어 곤란

- 보호계전기의 오동작 및 각종 계기의 오차 증대

- 동기전동기의 출력토오크에 불균형 발생

- 전원전압에 flicker 발생

2-3. 환경장애요인 발생

- 라디오 전파장애 발생

- 정지기 및 유도기의 자기적, 기계적 振動 및 異常騷音이 증가한다.

- 전등의 flicker로 인한 시각장애

3. 대 책

고조파 장애에 대한 대책은 고조파의 발생원인이 다양한 만큼 원인과 대비한 수많은 대책이 제시될 수 있다. 따라서 고조파 발생원이 있는 개소에서 직접 장애원을 제거하는 적극적 방법과 발생원은 그대로 놓아둔채 보호하려는 기기측에서 고조파를 제거하거나 회피하는 간접적 방법이 있다.

3-1. 기본대책

고조파문제는 고조파 발생원의 크기와 전원계통의 고조파내량을 고려하여 대책을 세워야한다. 따라서 고조파 발생량의 저감과 전원측의 고조파 내량 증대를 위한 임피던스의 변경을 고려하고 이들을 종합시킨 대책을 고려할 수 있다.

3-2. 고조파필터의 접속

본 방식은 고조파 장애원측과 고조파로부터 보호하려는 측에 모두 적용할 스 있는 방법이다. 고조파 발생원인 싸이리스터등의 장치에 병렬로 고조파필터를 접속하고 이것으로 고조파 전류를 흡수하여 대지로 방전한다.

3-3. 직렬리액터의 접속

고조파로부터 보호하려고 하는 용량성 부하측에 사용하는 방법으로 주로 용량성 부하와 직렬로 접속한다. 직렬리액터가 없는 콘덴서는 고조파에 대하여 저 임피턴스가 되고 고조파 전류를 흐르기 쉽게 된다. 그러나 직렬리액터는 고조파에 대하여 유도성 고 리액턴스로 작용하여 고조파에 의한 과열을 방지할 수 있다.

3-4. 기기류의 선정 및 운영

고조파원이 될 수 있는 기기를 사용하지 않거나, 전원측에서 고조파가 발생하더라도 부하측에 영향을 주지 않도록 운영하는 방식으로 주로 전원측 대책이라 할 수 있다. 발전기출력에 고조파 기전력이 포함되지 않도록 하고, 변압기 철심의 과포화를 피하며, delta결선을 사용하므로써 고조파 순환회로를 구성하여 외부에 고조파가 나타나지 않도록 한다.

3-5. 전원계통의 변경

부하의 고조파 발생량이 변화하면 전압왜형은 전원임피던스에 비례하고 전원단락용량을 크게하면 역비례하여 작아진다. 따라서 전원의 단락용량을 증가시키기 위하여 계통의 분할 등 전원계통의 변경을 고려할 수 있다.

4. 향후전망

고조파 전압·전류에 의한 장애는 싸이리스터장치를 가동하는 수용가에 국한하지 않고, 전원계통의 송전선을 통하여 광범위하게 파급되어 계통운영상 일종의 공해 문제화되고 있다. 그러나 현재 우리나라에는 고조파에 대한 기술적 규제가 활성화되지 못하고 있는 실정이다.

따라서 고조파 장애에 대한 대책으로 전기사업자측의 대책은 물론이고 고조파 발생기기를 생산하는 제작자측에 대한 엄격한 제작기준이 제시되어야 할 것으로 생각된다.

[참 고] 고조파 장애 방지대책

장애발생의 원인인 동시에 장애를 받기도 하는 전자기기가 널리 보급되는 단계에서 특정 수용가만을 대상으로한 개별대책만으로는 불충분하다고 본다.

원칙적으로 고조파문제의 해결은 기기자체의 고조파발생량을 억제시키는 것이다. 그러나, 기기자체의 고조파전류를 억제시키는 대책 및 수용가의 방호책, 전기사업자가 실시하는 계통적 대책등 이 중 한가지 대책에만 치우쳐 실행한다면 한계에 접하게 될 뿐아니라 큰 곤란이 예상된다. 따라서 발생원 억제대책을 원칙으로한 기기제작자, 수용가, 전기사업자와의 3자협력하에 구체적 대책을 추진하여야할 필요가 있다

① 발생원에서의 대책

- 고조파 발생량의 억제 : 교류리액터 투입

전력변환기의 多相化 (整流器의 相數를 증가시킨다.)

Active 평활필터 방식

입력 트랜스 개선

감시회로의 개선

点弧角 (制御角)을 작은 범위에서 운전한다.

PWM (펄스幅變調) 制御방식의 搬送周波數의 高周波化

- 고조파의 흡수 : L-C filter 설치

- 고조파의 제거 : Active Filter 설치

② 전력회사에서의 대책

- 영향정도 사전검토 : 발생원의 대책의뢰

프로그램 관리

- 영향정도의 감소 : 系統切替, 短絡容量의 증가, 공급 배전선의 專用線化

③ 수용가의 대책

- 장애기기 耐量증가, 위상제어회로에 필터삽입, 콘덴서의 운용개선, 직렬리액터의 운용개선

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