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3. HARMONIC ANALYSIS

끝까지 책임지는 철저한 서비스 정신,모든일에 최선을 다하는 기업, 유일포스텍(주) 유일포스텍(주)은 1993년 창립된 이래 맡은일에 끝까지 책임을 진다는 철저한 서비스 정신을 바탕으로 모든일에 최선을 다하고 있습니다.

3.1 고조파분석의 목적

  • 최근 산업의 발달로 전력전자기기, 자동화기기, 에너지절약기기등의 다량사용으로 고조파로 인한 과열, 소손, 오동작등의 문제점이 많이 발생하고 있는 실정이다. 이런 문제점을 최소화하기 위하여 대책방안은 설비에 따라 다양한 방법이 있으며 전문가의 도움 필요하고 신설 당시부터 대책을 세우거나 현재 운용중인 설비의 경우 실측과 분석을 통하여 현상태에서 합리적인 대책을 세워 안정적인 전력설비 운용에 목적이 있다.

3.2 고조파 정의

  • 고조파가 포함된 파형은 비정현파로 나타나며 비정현파는 기본파(SignWave) 성분과 기본파의 정수배 주파수 성분을 가지며,
    • 이 기본파의 정수배 주파수 성분을 고조파 (Harmonics)라 한다.
    • 비정현파= 기본파(60Hz)＋고조파[3조파(180Hz), 5조파(300Hz), 7조파,…]

3.3 고조파 발생기기

  • 고조파 발생원은 대부분 전력전자소자(Power Electronics: Diode, SCR등)를 사용하는 기기에서 발생된다. 그 종류를 들어보면
    • 변환장치(인버터, 컨버터, 무정전전원장치(UPS), 정류기, VVVF장치 등)
    • 아크로, 전기로 등
    • 전자식안정기, 변압기, 회전기, 용접기 등
  • 정류기회로의 고조파 발생 차수 n은
  •   이론상 n= Pm±1 (P = 펄스수, m = 1, 2, 3, …)이 된다.

3.4 고조파 관리 규정

  • 1) 한전전기공급규정
    구분/전압 지중선로가 있는 S/S에서 공급 가공선로만 있는 S/S에서 공급
    전압왜형율(%) 등가방해전류(A) 전압왜형율(%) 등가방해전류(A)
    66 KV 이하 3% - 3% -
    154KV 이하 1.5% 3.8% 1.5% -
  • 2) IEEE(IEEE 519) 기준
    ⅰ) 고조파 전압 기준
    회로전압 각 고조파성분의 최대 최대 종합왜형률(THD)
    69KV 이하 3.0% 5.0%
    115KV～161KV 1.5% 2.5%
    161KV 이상 1.0% 1.5%
    회로전압 왜형율 각차 고조파 전압
    기수 고조파 우수 고조파
    415V 5% 4% 2%
    6.6KV 4% 3% 2%
    33KV 3% 2% 1%
    132KV 1.5% 1% 0.5%
    ⅱ) 고조파 전류 기준
    SCR=ISC/IL h<11 11<h<17 17<h<23 23<h<35 35<h TDD
    20이하 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0
    20～50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0
    50～100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0
    100～1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0
    1000이상 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0
    • TDD : Total Demand Distortion
    • SCR : Short Circuit Ration
  • 3) 일본 기준
    구분 / 고조파차수 3 5 7 11 총합
    배 전 계 통 3.0% 4.0% 3.0% 2.0% 5.0%
    특 고 계 통 2.0% 2.5% 1.5% 1.5% 3.0%

3.5 고조파가 계통에 미치는 영향전력콘덴서, 직렬리액터의 과열․소손

    • 3상4선식 중성선 과열
    • 변압기, 발전기, 전동기 등의 과열 및 소음발생
    • 사이리스터장치 제어 불안정으로 불량제품 발생
    • 이상공진에 의한 고조파 과전압
    • Notching Voltage
    • 역율저하
    • 소음, 진동
    • 보호계전기, 누전차단기 오동작
    • 계측기/계기 오차 발생
    • 통신회로의 잡음 및 유도장해 등의 영향이 있다.

3.6 실측 및 분석 SIMULATION고조파는 계통의 구성, 계통의 임피던스, 운전부하량 등에 따라 실제 이론적인 것과 차이가 있으므로 현장실측 비교분석 및 반복 SIMULATION으로 최적의 개선대책방안을 추적하여 결과를 도출한다.

    • 전력계통 임피던스 및 고조파 발생기기 자료조사
    • 계통별, 시간대별, 부하 운전상태별로 실측
    • 고조파의 전압, 전류 실측
    • 각 고조파별 함유량 및 종합왜형율 실측
    • 반복 SIMULATION에 의한 최적의 개선방안 추적

3.7 고조파 개선대책 방안수립

    • 계통구성의 변경
    • 변환기의 다펄스화
    • 필터의 설치
    • 리액터 삽입 및 임피던스 변경
    • ISOLATION TR 사용
    • PHASE SHIFT TRANSFORMER 설치
    • ZED(Zero harmonic Eliminator Device)설치 등의 방법이 있으며 이 중에서 현장 여건에서 가장 합리적인 대책을 수립한다.

고조파 전압,전류파형, THD, 각조파별 함유량 실측치(고조파필터 설치전)

Harmonic Order Histogram

Harmonic Order Histogram

Harmonic Order Values

고조파 전압,전류파형, THD, 각조파별 함유량 실측치(고조파필터 설치후)

Voltage and Current Wave

Harmonic Order Histogram

Harmonic Order Values

고조파분석 PROGRAM에 의한 고조파 예측 계산결과 02/20/2000 07:20:13pm     EDSA Harmonics Analysis v4.03.10
job File : HARMONICS-1

Total Harmonic Distortion(THD)
- NodeID THD - NodeID THD - NodeID THD
1 000 0.60% 11 101 4.16% 21 402 4.26%
2 001 0.67% 12 102 4.16% 22 403 11.59%*
3 002 0.00% 13 103 3.94% 23 501 4.14%
4 003 0.67% 14 201 4.16% 24 502 4.14%
5 004 0.00% 15 202 4.16% 25 503 3.76%
6 005 4.16% 16 203 3.97% 26 601 4.13%
7 006 0.00% 17 301 4.16% 27 602 4.13%
8 007 2.38% 18 302 4.15% 28 603 3.74%
9 008 4.16% 19 303 3.85% 29 701 4.15%
10 009 4.16% 20 401 4.24% 30 702 4.15%
Bus Harmonic Voltages Bus#: 22/BusID: 403
- hth Volts - hth Volts - hth Volts
1 1 3255.9 2 5 233.6 3 7 215.4
4 11 148.0 5 13 103.5 6 17 44.3
7 19 35.2 8 23 32.4 9 25 34.2
10 29 34.0 11 31 32.0 12 35 27.2
13 37 23.7            
Transformer Harmonic CurrentsXformer#: 4/From: 402/To: 403
- hth Amps(from) Amps(to) - hth Amps(from) Amps(from)
1 1 153.322 1063.96 2 5 27.237 189.011
3 7 17.853 123.889 4 11 8.323 57.754
5 13 6.050 41.981 6 17 2.874 19.944
7 19 1.966 13.645 8 23 1.361 9.447
9 25 1.286 8.922 10 29 1.059 7.348
11 31 0.923 6.403 12 35 0.681 4.724
13 37 0.560 3.884        
    • from sind : Current(rms) : 157.139 amps Kfactor : 3.272
    • to sind : Current(rms) : 1090.448 amps Kfactor : 3.272
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