수동형 고조파 필터의 적용, 효과, 설계

출처 :  삼화콘덴서공업주식회사 카달로그

 

 

1. 고조파 필터 적용

전력계통에서의 고조파 왜곡은 주로 정류기, 전력 제어 장비, 아크로, 용접기, 회전기 등과 같은 비선형 부하에 의해 발생하며, 과도하게 발생되는 고조파는 다른 장비 및 계통에 손상을 입일 수 있습니다. 일반적으로 고조파 발생 부하는 고조파 전류원으로 여기며, 이러한 부하에 의해 발생되는 고조파 왜곡을 제한하는 가장 일반적이고 경제적인 방법은 고조파 발생 부하 근처에 병렬로 수동형 고조파 필터를 설치하는 것입니다. 이로 인해  부하에서 발생되는 고조파 전류는 필터 측으로 흡수되어 계통으로 유입되는 고조파 전류량이 감소하게 됩니다.

 

2. 고조파 장해란?

전압 또는 전류는 고조파에 의해 파형의 왜곡이 발생하며, 또한 왜곡된 파형은 계통에 아래와 같은 문제를 발생 시킵니다.

 

1) 제어 장비의 오동작

2) 변압기 및 회전기류의 손실 증가, 과열

3) 모터 및 기타 장비의 소음 증가

4) 통신선 유도 장해

5) 병렬 공진 및 직렬 공진 발생 (역률 개선용 콘덴서 뱅크 및 케이블 정전용량에 의해 발생)

 

특히, 계통에 역률 개선용 콘덴서 뱅크가 설치되어 있는 경우에는 콘덴서 뱅크의 정전용량 성분과 계통의 인덕턴스 성분에 의해 병렬공진이 발생할 가능성이 있습니다. 만일 고조파 주파수가 이 병렬 공진점과 일치하거나 비슷한 주파수 대역에 존재한다면, 고조파가 확대되어 계통 및 콘덴서 뱅크에 문제를 발생시키므로 리액터와 콘덴서 간 공진점을 변경시켜야 합니다.

 

3. 고조파 필터 설치 효과

고조파 부하를 지닌 계통에 필터를 설치하는 경우 아래의 효과를 얻을 수 있습니다.

1) 계통 고조파 흡수

2) 역률 개선

3) 계통의 인덕턴스와 커패시턴스 간 공진 발생 문제 해결

4) 고조파 왜곡을 제한함으로써 설비의 성능 향상 및 수명 증가

 

고조파 전류 및 전압 등의 왜곡 규제치에 대하여는 아래 포스팅에서 확인 바랍니다.

 

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고조파 관리기준

4. 고조파 필터 설계 절차

 

1) 고조파 발생부하 선별 / 특성 규정

- 부하 운전 특성 파악

- 부하 전력량 및 역률 검토

- 고조파 스펙트럼 분석

 

2) 계통 고조파 왜곡 규제치 검토

- 계통 고조파 규제치 분석

- 최적의 고조파 저감 방안 검토 (수동필터, 능동필터, SVC등)

 

3) 고조파 필터 용량 선정 / 개별 필터 설계

- 필터 뱅크 용량 선정

- 각 고조파 필터 용량 분할

- 고조파 필터 별 부품 정격 선정

 

4) 분기점에서의 고조파 전류 계산 및 모의

- 계통 임피던스 맵 작성

- 고조파 임피던스 / 조류 계산

- 계통 이상 현상 파악 (공진, 고조파 확대)

 

5) 고조파 관련 규제치 만족 여부 평가

 

6) 고조파 필터 적합성 및 경제성 평가

 

7) 고조파 필터 설계 및 제작

 

또한 설계시 계통 특성 파악을 위하여 아래의 내용 등이 검토되어야 합니다.

- 계통 단선도

- 부하 LIST (부하종류, 용량, 특성, 기타 특이사항 등)

- 부하 운전 패턴 (부하 운영 방안)

- 변압기 정격 (정격전압, 결선법, 용량, 단락 임피던스 등)

- 고조파 부하의 고조파 스펙트럼

- 전원측 단락 임피던스 및 수전점 단락 전류

- 케이블 및 부스바 schedule (종류, 굵기, 길이 등)

- 계통 운영 시나리오

- 적용 규격 또는 요구되는 고조파 전압 및 전류 규제치

- 주위환경 (주위온도, 습도, 고도 등)

 

 

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