[전기 이론] 고조파

 교류는 사인파의 형태로 크기와 방향이 지속적으로 변하는데 각 성분이 기본적인 파형을 기본파라 부른다. 이러한 기본파에 정수의 배에 해당하는 주파수를 고조파(高調波, harmonics)라 부른다. 이러한 고조파는 기본파와 합성되어 왜곡하게 되는데 이러한 파형을 왜형파라 부르며 왜형파의 정도를 종합 고조파 왜형률(THD : Total Harmonics Distortion)이라 부르며 공식은 다음과 같다.

종합 고조파 왜형률 공식

고조파, 왜형파 / 출처 : 유일포스텍

 

 이러한 고조파가 발생하는 원인으로는 대부분 전력변환용 전자장치(정류장치, 역변환장치, 화학용 전해설비의 정류기, 사이리스터 등)를 사용하는 기기로 인해 발생하며 교류로 전력을 공급하여 부하에서 일을 하고 다시 교류로 돌아가야 하는데 대부분 실생활에서는 직류를 사용하기 때문에 이러한 정류장치들로 인하여 본래의 교류 전력이 왜곡될 수밖에 없어서 이러한 고조파가 발생하는 것이다.

 

 고조파는 원래의 기본파를 왜곡시키기 때문에 기존의 전원계통에 고조파가 포함된 전압 및 전류가 흘러 들어가 장비의 오동작이 발생시킬 수 있다. 또한 배전계통의 변압기나 대규모 배전선로 등이 유도성이 되고, 부하설비가 용량성이 되어 공진 조건이 성립하게 되면 이 고조파 전류가 증폭되어 계전기 오동작, 기기 손상 및 과열 등의 문제가 발생하며 각 기기에 끼치는 영향은 다음과 같다.

구분		영향
전력 계통	통신선의 유도장해	전자유도 및 정전유도장해 발생
	계통의 고조파	전압의 왜곡
	공진 유발	고조파 전류가 증폭 현상을 발생시켜 계통의 공진을 유발하여 기기에 악영향
전력 기기	전동기	- 고정자 및 댐퍼권선의 온동 상승 - 절연파괴 - 출력 저하 - 토크의 맥동발생 - 발전기의 헌팅발생 - 효율 및 역률의 저하 - 진동 및 잡음 발생
	변압기	- 철심의 자외 현상으로 소음 발생 - 손실 증가에 따른 용량감소 - 변압기 과열
	콘덴서	- 회로에 이상전류 발생 - 콘덴서 과열 - 계전기 오동작
	조명 기구	- 형광등 콘덴서 과열 - 퓨즈 용단 - 차단기 오동작
	변환 장치	- 역변환장치의 여유 각 감소로 전류실패 - 공진주파수의 고저파 전류의 전압 왜곡
	CABLE	- 3상 4선식 회로에서의 중성선 과열 - 중성선 대지전위상승
	파워 퓨즈	고조파 전류로 인한 용단
	계전기	위상변화로 인한 오동작

 

 그렇다면 이러한 고조파를 억제하는 것이 중요한데 고조파를 억제하기 위한 대책은 다음과 같다.

1. 전원측 교류 리액터 설치
2. 전원 단락용량 증대
3. 변압기 및 배전선 분리
4. 변환장치 펄스 수 증대
5. 필터 설치
6. 기기의 고조파 내량 증가
7. 고조파 성분 발생 부하 억제
8. 콘덴서 회로의 대책
9. PWM 제어 방식 채택
10. UHF 설치

 

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