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하이브리드 변압기
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고조파의 증가
전력계통에 고조파 발생이 많은 정류기, 인버터, LED, 경관조명, PC, 모터, 자동화 설비가 증가하면서 고조파 발생량이 증가하고 있습니다. 이러한 고조파는 전기설비의 손실증가, 효율감소, 오작동, 수명단축, 발열 등 다양한 형태로 피해를 유발합니다.
| 사용기기 | 직류 전철 변전소, 전기화학 등 | 교류식 전기철도 차량 | 범용 인버터, 엘리베이터, 냉동공조기 등 |
| UPS, 통신용 전원장치, 계통연계용 분산장치 | 무효전력보상장치 (SVC), 조명장치, 가열기 | 전동기 (압연용, 시멘트용, AC 철도차량용) | |
| 제강용 | 기타 (LED, 인덕션, 전기차 충전장치) | ||
| 회로종류 | 3상 브리지 | 단상 브리지 | 3상/단상 브리지 |
| 3상/단상 브리지 (PWM 제어) | 교류전력 조정장치 | 사이클론 컨버터 | |
| 교류 아크로 | |||
고조파 피해유형
고조파는 전력계통 및 각종 전기설비에 손실증가, 온도상승, 절연파괴 등 다양한 형태의 피해를 유발합니다.
| 즉시 · 단기간 | 전압 및 전류에 의한 공진발생 | 역률 저하 | 발전전력 저하 |
| 중성선 과전류 | 케이블, 변압기, 발전기, 전력용 커패시터 과전류 | 보호계통의 예측불가한 정지 | |
| 정밀제어장치 오동작 | 설비 소음, 진동 증가 | 전류 및 전압 왜형발생 | |
| 전화 및 통신선로 유도장해 | 과설계 (전선, 변압기, 전력용 커패시터) | ||
| 중 · 장기간 | 전동기 및 변압기 수명감소 | 유전재료, 절연재료의 열화 가속화 | 경제적 비용 상승 |
| 변압기 | 철손, 동손 증가 | 과열, 소음 증가 | 용량 감소 |
| 절연 파괴 | |||
| 전선 및 도체 | 과열 | 코로나 발생 | 중성선 과전류 |
| 용량 감소 | 절연 파괴 | Skin Effect | |
| 회전기기 | 과열 | 효율 저하 | 기기수명 단축 |
| 토크 불균일 | 진동적 토크 | ||
| 전력용 커패시터 | 과열 | 과대 공진 | 과전류 |
| 과전압 절연물 폭발 | |||
| 전력변환 기기 | 갑작스런 정지 | 부정확한 측정 | 비정수 고조파 발생 |
| 오동작 | 부품고장 다빈도 | ||
| 차단기 / 기타 | 전류용량 감소 | 소음, 진동 | 수명열화 가속화 |
| 역률의 저하 | 퓨즈용량 감소 | 신호, 통신장해 | |
변압기에 미치는 영향
철손 증가
고조파 전류에 의해
히스테리시스 손실 및 와전류 손실 증가
철손 증가율
동손 증가 표피 효과에 의한 동손 증가
동손 증가율
용량 감소 용량 감소에 의한 출력 64% 감소
삼상부하
권선온도 상승
기본파전류에 의한 온도상승보다
권선온도가 약 39% 증가
변압기 권선온도 증가
고조파 관리기준 강화
정부에서도 「전력품질 개선과 전력손실 저감」 목적으로 고조파 관리기준을 강화하고 있으며, 특히 고조파 발생 부하비중이 높은 설비의 경우 고조파 감쇄 기능의 변압기를 사용하도록 규정하고 있습니다.
Domestic Criteria
국내 기준
국토교통부 - 수변전설비 설계기준
건축전기설비 설계기준 개정
· 법령 : 건설기술진흥법 제44조 및 동법 시행령 제 65조
· 기준 : 건축전기설비 설계기준 (KDS 31 60 10 : 2019)
· 심의 : 중앙건설기술심의위원회
· 고시 : 2019년 10월 11일 (국토교통부 고시 제 2019-549호)
· 기준 : 건축전기설비 설계기준 (KDS 31 60 10 : 2019)
· 심의 : 중앙건설기술심의위원회
· 고시 : 2019년 10월 11일 (국토교통부 고시 제 2019-549호)
| 분야 | 개정 전 | 개정 후 |
|---|---|---|
| 수변전설비 | 변압기는 사용장소, 경제성, 전기적 특성을 고려하여 선정하되, 건축물 내부에 설치 시에는 표준소비효율 이상의 변압기를 사용토록 한다. | 변압기는 선정시에는 사용장소, 부하특성, 효율성, 안전성 등이 고려되어야 하며, 표준소비효율 변압기를 사용한다. 다만, 고조파발생 부하비중이 높은 설비의 경우 전력품질개선과 전력손실 저감을 위해 고조파감쇄 기능의 변압기 또는 동등 이상의 성능을 갖는 변압기를 사용할 수 있다. |
한국전력 - 송 · 배전용 전기설비 이용규정
한국전력 고조파 관련규정
· 규정 : 송 · 배전용 전기설비 이용규정(2019.7.1) 및 시행세칙(2019.12.16)
· 내용 : 고조파(THD) 허용 기준 및 보호장치 설치
· 대상 : 전기로, 전기철도 사용자 (의무적용)
· 내용 : 고조파(THD) 허용 기준 및 보호장치 설치
· 대상 : 전기로, 전기철도 사용자 (의무적용)
| 3의 배수가 아닌 기수 고조파 | 3의 배수인 기수 고조파 | 우수 고조파 | |||
| 차수 h | 고조파전압 [%] | 차수 h | 고조파전압 [%] | 차수 h | 고조파전압 [%] |
| 5 | 3.8 | 3 | 3.1 | 2 | 1.3 |
| 7 | 3.1 | 9 | 0.9 | 4 | 0.6 |
| 11 | 2.2 | 21 | 0.2 | 6 | 0.3 |
| 13 | 1.9 | ＞21 | 0.2 | 8 | 0.3 |
| 17 | 1.36×(17/h)}-0.16 | ＞8 | {0.15×(10/h)}+0.15 | ||
| 19 | |||||
| 23 | |||||
| 25 | |||||
| 29 | |||||
| 31 | |||||
| 35 | |||||
| 37 | |||||
| 41 | |||||
| 43 | |||||
| 47 | |||||
| 49 | |||||
International Criteria
국외 기준
IEC 61000 고조파 관리기준
Table. Allowable current ampacity by equipment
| Harmonics (n) | Equipment Classification | |||
| 평형 3상 기기, 공구류, 음향기기, 가정용기기 (A) | 휴대용 기기, 아크용접기 (A) | 조명기기 (A) | PC, 모니터, TV, 냉장고, 냉동고 (600W 이하) (A) |
|
| Odd Harmonics | ||||
| 3 | 2.30 | 3.45 | 30 ⅹ회로전력계수 | 2.30 |
| 5 | 1.14 | 1.71 | 10 | 1.14 |
| 7 | 0.77 | 1.155 | 7 | 0.77 |
| 9 | 0.40 | 0.60 | 5 | 0.40 |
| 11 | 0.33 | 0.495 | 3 | 0.33 |
| 13 | 0.21 | 0.315 | 3 | 0.21 |
| 15 ≤ n ≤ 39 | 0.15 × 15/n | 0.225 × 15/n | 3 | 0.15 × 15/n |
| Even Harmonics | ||||
| 2 | 1.08 | 1.62 | 2 | - |
| 4 | 0.43 | 0.645 | - | - |
| 6 | 0.30 | 0.45 | - | - |
| 8 ≤ n ≤ 40 | 0.23 × 8/n | 0.345 × 8/n | - | - |
IEEE Std. 519 고조파 관리기준
Table 1—Voltage distortion limits
| Bus voltage V at PCC | Individual harmonic (%) | Total harmonic distortion THD (%) |
|---|---|---|
| V ≤ 1.0 kV | 5.0 | 8.0 |
| 1 kV ＜ V ≤ 69 kV | 3.0 | 5.0 |
| 69 kV ＜ V ≤ 161 kV | 1.5 | 2.5 |
| 161 kV ＜ V | 1.0 | 1.5a |
※ aHigh-voltage systems can have up to 2.0% THD where the cause is an HVDC terminal whose
effects will have attenuated at points in the network where future users may be connected.
Table 2—Current distortion limits for systems rated 120 V through 69 kV
| Maximum harmonic current distortion in percent of 𝐼𝐿 | ||||||
| Individual harmonic order (odd harmonics)a,b | ||||||
| 𝐼𝑆𝐶 / 𝐼𝐿 | 3 ≤ ℎ＜11 | 11 ≤ ℎ＜17 | 17 ≤ ℎ＜23 | 23 ≤ ℎ＜35 | 35 ≤ ℎ ≤ 50 | TDD |
| ＜20c | 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 |
| ＞1000 | 15.0 | 7.0 | 6.0 | 2.5 | 1.4 | 20.0 |
aEven harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits above.
bCurrent distortions that result in a dc offset, e.g., half-wave converters, are not allowed.
CAll power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless of actual 𝐼𝑆𝐶 / 𝐼𝐿
where
𝐼𝑆𝐶 = maximum short-circuit current at PCC
𝐼𝐿 = maximiun demand load current (fundamental frequency component) at the PCC under normal load operating conditions
bCurrent distortions that result in a dc offset, e.g., half-wave converters, are not allowed.
CAll power generation equipment is limited to these values of current distortion, regardless of actual 𝐼𝑆𝐶 / 𝐼𝐿
where
𝐼𝑆𝐶 = maximum short-circuit current at PCC
𝐼𝐿 = maximiun demand load current (fundamental frequency component) at the PCC under normal load operating conditions