전원품질 분석과 고조파

전기요금이 갑자기 2배가 나오는 곳, 차단기(ELB, MCCB, ACB)등 간판용 지하차도 조명용, 은행의 UPS회로 학교의 컴퓨터실 전원, 도로 터널용 조명시설 등의 여러 종류 전기기설을 망라하여 차단기 오동작 되는 사례의 원인을 분석.

불특정 시간의 누전과 과부하로 오인하여 수많은 시간을 허비 및 차단기 고장 의심으로 다차례 교체, 이상없는 회로가 증폭하여 각상 전류만큼 커지고, 변압기 진동 심해지며 폭발 예상, 이러한 부분을 진단하고 분석하여 얻은 사례의 내용은 전원품질 분석의 효과로 가능한 부분임.

전원품질 분석의 목적

• 고조파에 의한 변압기 등 기기의 과열 예측과 예방
• 변압기 진동에 의한 기기의 절연파괴 예측에 따른 대책 수립
• 설비의 효율 저하에 따른 부담 예측을 통한 대책 마련
• MCCB 오동작, 발전기의 운전중 정지 사례 예방
• 자동화 설비, PLC 시스템, 엘리베이터, 제어기기 등의 오동작 예방
• UPS, 정류기기, 통신기기, 전자교환장비, 오동작 예방
• 조명기기, 컴퓨터 화면, 음향기기 등의 떨림 현상 방지
• 콘덴서의 폭발 등 기기의 수명 단축 예방
• 전원 품질의 안정화를 위한 기본 자료 제공

전원 품질 분석내용

• 전압의 불평형이나 규정전압에 따른 분석
• 전류의 불평형, 시간별 전류량에 따른 고장원인 분석
• 위상차에 의한 유효전력 분석
• 전압차에 의한 무효전력 분석
• 전류 및 전압의 위상, 벡터도, 파형 분석
• 전기요금에 따른 역률 분석
• 사용량 확인을 위한 peak 전력 분석
• 사고전류, 오동작, 수명예측 등을 위한 고조파 분석
• 계통의 고장원인 분석
• 실시간 부하 사용에 따른 전우너품질의 추이 분석 등

고조파의 발생원

• 유도성 부하 : Motor, 항온항습기, 발전기, 공조기 등
• 비선형 부하 : UPS, 정류기, 컴퓨터, 통신기기, 전자교환기기 등
• 조명기기 : 백열등, 형광등(전자식, LED)
• 빌딩설비 : 자동화기기, PLC 시스템, 엘리베이터, 전자기기, 제어기기
• 기타전력 변환장치(예를 들어 220/12V 등 낮은 전압으로 변환하는 모든 기기)

고조파로 인한 영향 해소방안

• 설비 변경이 불가피 하고 비용이 많이 소요되나 용량 증설도 검토
• 절연 변압기 사용
• 수동필터(Passive Filter, L/C Filter)의 사용
  • 1~2개의 특정 고조파 제거
  • 7차 이하 고조파에 적합한 방식
• 능동필터(Active Filter, IGBT 소자 사용)
  • 25차 이내의 전 고조파 제거 가능
  • 고조파가 복합적으로 발생하는 장비 전단에 적합한 방식
  • 과부하와는 전혀 무관하며 정격 용량분 이내 만큼 보상

고조파가 기기에 미치는 영향

기기명	고조파의 영향
콘덴서 및 직렬 리액터	- 고조파 전류로 회로의 임피던스가 감소하여 과대전류가 유입함에 따른 과열, 폭발, 소손 또는 진동, 소음의 발생
케이블	- 3상 4선식 회로의 중성선에 고조파 전류가 흐름에 따라 중성선의 과대 전류로 과열
변압기	- 고조파 전류에 의한 철심의 자화현상에 의한 소음 발생 - 고조파 전류, 전압으로 철손, 동손의 증가로 용량의 감소
형광등	- 고조파 전류에 대한 임피던스 감소하여 과대전류가 역률개선용 콘덴서나 흐름에 따른 과열, 소손
통신선	- 전자유도에 의한 잡음 전압의 발생
유도전동기	- 고조파 전류로 정상 진동토크 발생 회전수의 주기적 변동 - 철손, 동손등의 증가
보호계전기	고조파 전류 혹은 전압에 의한 설정 레벨의 초과 혹은 위상변화에 의한 오동작, 부동작
Power Fuse	과대한 고조파 전류에 의한 용단 발생
MCCB	불특정 시간에 오동작 발생(과대한 고조파 전류)

• 고조파 전류원은 차수마다 존재하며 발생한 전류는 부하단에서 전력계통 및 타부하 하단으로 유출된다.
• 고조파 전류는 임피던스에 비례하여 분류되며, 전 계통에 겹쳐서 흐른다
• 계통 임피던스는 주파수에 의해서 변하기 때문에 고조파 회로는 발생 차수 만큼 존재한다.
• 실제 회로의 파형은 기본파와 복수 고조파의 순시치가 합성된 것이다.
• 배전계통의 고조파 전압은 계통의 여러곳에서 유입하는 고조파 전류와 계통의 임피던스에 의해서 발생한다.

고조파 제한규정

기술기준과 판단기준에는 미적용 하지만, 설비 안정화를 위해서는 필수 항목으로 활용

 

• 한전전기공급규정

구분전압	지중선로가 있는 S/S에서 공급		가공선로만 있는 S/S에서 공급
	전압왜형율(%)	등가방해전류(A)	전압왜형율(%)	등가방해전류(A)
66kV 이하	3	-	3	-
154kV 이하	1.5	3.8	1.5	-

 

• IEEE 기준(IEEE 519)

회로전압	각 고조파 성분 최대(%)	최대 종합왜형율(THD) (%)
69kV 이하	3.0	5.0
115~161kV	1.5	2.5
161kV 이상	1.0	1.5

 

• 전압고조파별 규제

회로전압	왜형율	기수고조파	우수고조파
415V	5	4	2
6.6kV	4	3	1.75
3.3kV	3	2	1
132kV	1.5	1	0.5

모두모두 행복하세요!