고조파대책

고조파 대책

 

 

1. 개요

전력용 반도체소자의 고압화, 대용량화에 따라 전력변환기 용량이 커지고 효율도 높아 그 적용범위가 전력계통과 산업분야에서 상당한 증가 추세를 보이고 있으며, 반도체 전력 변환기기의 보급 증대로 인한 고조파 전류의 발생량이 증가하여 이 고조파 전류로 인해 발생되는 전력계통의 전압왜형이 동일 계통에 연결된 기기에 악영향을 미치고, 등가방해전류에 의한 통신유도장해 및 전력계통에 오동작, 전력기기의 경년열화와 정전사고 발생이 예상되므로 전철급전선로에서 발생되는 고조파 저감 및 등가방해전류의 저감 대책이 요구됨.

 

가. 고조파 발생원

1) 전력변환장치 : 인버터, 컨버터, 가변속 구동장치

2) 비선형 부하 : 아크로, 유도로, 용접기(제3고조파)

3) 철심기기 : 변압기, 안정기, 형광등

4) 회전기기 : 발전기, 전동기

5) 과도현상, 코로나 등

 

나. 교류전기철도(전기차)의 고조파 발생

1) 탭제어차 및 사이리스터 위상제어차

- 단상교류전력을 직류로 변환하기 때문에 교류측 전류에 제3고조파를 주체로 한 기수고조파 발생

- 단 탭제어차는 전류의 크기에 관계없이 거의 일정

- SCR 위상 제어차의 전류파형은 위상제어에 따라 변하며, 고조파 함유율도 복잡하게 변화 한다

2) PWM 제어차 (VVVF 인버터장치 유도전동기)

- 1차측 전류파형은 정현파에 가까움 : 저차고조파 전류가 적다.

- 컨버터의 변조주파수에 기인하는 고차고조파 발생

 

다. 고조파의 영향

1) 인접통신선에 유도장해(전자유도장해)

2) 콘덴서, 직렬리액터 등에 고조파 전류에 의한 회로임피던스가 감소하면서 과대전류 유입 ⇒ 과열, 소손, 진동, 소음

3) 발전기, 회전기, 변압기 등의 손실 증대로 인한 과열

4) 이상공진 발생으로 고조파 과전압 발생 ⇒ 기기 영향

5) 지시계기, 적산계기의 오차

6) 사이리스터 장치에서의 제어 불안정

7) 전류의 증폭 등으로 보호계전기 오동작, 기기류 오차 발생

 

 

2. 발생기기 측에서의 대책

전력계통의 고조파 영향을 최소화하기 위하여 한국전력공사는 수용가와 신규 전력공급계약 및 변경계약 체결시 고조파 전압왜형율의 발생 크기를 제한토록 명문화하고 있으며, 수급 개시 희망일 6개월 전까지 플리커 및 고조파 예측계산서의 제출을 의무화하고 있다. 그 크기는 전력공급약관에 고조파 전압왜형률을 66[㎸] 이상에서는 3.0% 이하로 제한하고 있으며, 본 설계구간에 운행되는 차량이 EMU차량 및 EL(VVVF 제어) 차량임을 감안하여 전력계통에 제한치 이상의 전압왜형률이 발생될 수 있기 때문에 이에 대비하여 기존 운행중인 동일 특성의 차량 운행구간의 지속적인 측정을 실시하고, 그 결과를 기초로 차량 제작업체와 고조파의 발생 억제에 대한 대책 협의를 실시하여 가능한 차량 제작시 고조파를 최소화하는 방법이 가장 바람직한 방안으로 EMU차량 및 EL차량이 PMW 컨버터의 입력단에 설치하는 AC필터 용량을 적정하게 선정하거나 특정 주파수에 대하여 고조파를 저감시켜 입력전류의 변화율을 낮게 하여 고조파를 저감시키는 방안 등이 필요하다.

 

3. 지상 설비로서의 대책

기존 고속차량 및 신형 EL차량이 운행되고 있는 구간의 고조파 전류왜형률 측정치를 기준하여 차량에서 고조파를 최대한 억제하였음에도 불구하고 설계구간에 실제 차량을 투입하여 운행시 고조파를 측정한 결과 규제치를 초과할 경우는 지상설비로서 고조파를 한전 규제치 이하로 저감시켜야 하는데 이를 개선하는 방법으로는 전력품질개선설비(전철변전소)와 R-C BANK(급전구분소)를 설치하는 방법이 있다.

본 설계구간의 급전구분소에는 R-C BANK를, 전철변전소에는 전력품질개선설비(고조파저감설비)를 설치하도록 설치공간 및 건축구조를 반영하였으며, 실제 차량운행에 의한 고조파 실측(시운전)을 한 후 실측결과에 따라 설치하여야 하는 것이 바람직하다.

따라서 본과업구간에서는 향후 R-C BANK 및 고조파저감설비의 설치를 위하여 소요 예산만 확보하는 것으로 하였다. 또한 전력품질개선설비를 위한 별도 공간을 전철 변전소 옥외에 확보하는 것으로 하였다.

 

우선 고조파는 여러가지의 문제점을 야기할수 있습니다.1.디지탈제어장치를 사용하는 장비에 오작동 불러올수 있습니다. 2.변압기 중선선은 상대적으로 선경이 가늘기 때문에 고조파 발생시 서로 상쇄되지 않은 전류로 인해 변압기가 타버릴수 있습니다.3 차단기가 elb를 사용하는곳에서는 차단기의 감도 전류 초과로 차단될수 있습니다.그중 한전이나 송전에 관계된곳에서는 설비 증설해야 합니다..효율이 나빠지기 때문이고 좀더 굵은 송전선이 필요 함으로 설치비 증가 합니다.어떻게 보면 전자파 보다 더 많은 문제점이 있는것이 고조파 입니다

고조파가 높다는것은 입력에 흐르는 피크전류가 크다는 것이지요. 이는 여러대를 한곳에 사용할경우 AC전원에 왜곡을 만들수 있습니다. 이로 인하여 제품에 문제가 생길수 있겟지요. 또한 피크전류가 커짐으로 한전에서 송전시 송전손실이 많이 생김니다. 주상변압기에도 피크전류가 많이 흘러 발열에 의한 손실과 수명에 문제가 되지요. 요즘은 에너지관련된 문제가 많아서 역율보상회로를 많이 적용하고 있습니다.