전력계통에서의 고조파 발생원인과 종류, 영향 | 과전류는 3배수 기수 고조파

전력계통을 구성하는 설비들에서 발생하는 유해한 요소로는 고조파가 있습니다.

고조파로 인해 설비가 고장 나거나 오동작을 일으키는 경우가 종종 발생합니다.

다양한 원인에 의해 발생하는 고조파의 종류 및 영향에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.

 

핵심요약입니다.

1. 고조파 : 기본주파수의 정수배를 가진 전압 및 전류 파형
2. 고조파 영향 : 설비고장 또는 오동작 우려
3. 3의 배수 기수 고조파 : 계통에 미치는 영향이 큼

 

 

1. 고조파 정의

 

 

 

전력계통을 구성하는 설비들은 다양하게 존재합니다.

변압기로 대표되는 전력설비, 인버터 등의 공장설비, 그리고 각종 전자제품 등이 있습니다.

이 설비들은 계통의 구성요소로써 서로 영향을 주고받고 있습니다.

여기서 설비들이 발생시키는 요소 중의 하나를 고조파라고 합니다.

 

이미지 출처 : 한국캘랩

 

#고조파의 정의

고조파는 기본주파수의 정수배를 가지는 전압 및 전류의 파형입니다.

국내 주파수인 60Hz의 2배, 3배 등에 해당하는 물리적인 전기량을 이야기합니다.

 

• 교류 : 시간에 따라 흐르는 방향과 크기가 주기적으로 변하는 전기 흐름
• 주파수 : 교류의 주기를 정한 것
• 60Hz : +, -를 1초에 60번 반복

 

즉, 고조파는 120Hz, 180Hz와 같이 기본파(60Hz)에서 N배 한 전기량이라고 이해하시면 됩니다.

 

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2. 고조파 발생원인 및 종류, 영향

 

 

 

고조파는 전기를 사용하는 쪽에서 발생시키는 유해한 요소로 볼 수 있습니다.

전기를 사용하는 설비는 크기의 차이는 있지만, 모두 고조파를 발생시킵니다.

 

#고객 유형별 고조파 발생원

공장	빌딩	가정
인버터, 컨버터, 주파수변환기 전기로, 압연설비, 모터제어장치 등	컴퓨터, 각종 OA기기, 엘리베이터 공조기, 조명기기, UPS 등	에너컨, 컴퓨터, TV 세탁기, 냉장고 등

 

고조파가 많이 방출되면 공장 내부의 설비 고장 또는 정전을 발생시키기도 합니다.

때로는 전원 측으로 이동하여 전력선을 통해 인근 설비의 오동작을 초래하기도 합니다.

 

고조파는 정전 유발뿐만 아니라 인근 공장 제품의 품질을 저하시키고 생산 효율성을 저해할 수도 있습니다.

 

#고조파의 종류

고조파는 설비에 미치는 영향을 기준으로 세 가지로 나눌 수 있습니다.

 

• 3의 배수가 아닌 기수 고조파(5차, 7차, 11차 등)
• 3의 배수인 기수 고조파(3차, 9차, 21차 등)
• 우수 고조파(2차, 4차, 6차 등 짝수배)

 

기수 고조파는 홀수배, 우수 고조파는 짝수배 고조파를 의미합니다.

 

#고조파 종류별 영향

계통에 영향이 가장 큰 것은 3의 배수인 기수 고조파입니다.

과전류 발생으로 중성선과 변압기를 과열, 손상시킴
전압과 전류파형 왜곡으로 차단기의 오동작 유발

 

3의 배수가 아닌 기수 고조파는 다음과 같습니다.

전동기나 발전기에 기계적 진동을 일으켜 정속도 운전 어렵게 만들고 내부 코일의 과열 일으킴

 

우수 고조파는 크기가 매우 작기 때문에 전력계통에 미치는 영향이 거의 없습니다.

 

#고조파 허용기준

한국전력에서는 전기사업법 제18조 등에 근거하여 고조파 허용기준을 정하고 있습니다.

이 기준은 IEC Standard를 따르고 있습니다.

 

이미지 출처 : 한국전력

 

고조파 허용기준은 한국전력 및 고객 모두 준수해야 하는 규정입니다.

계통의 고조파가 일정 수준 이하로 유지되도록 협조해야 설비 고장 등을 방지할 수 있습니다.

 

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