[고조파 억제 대책] 고조파 유출 전력 계산 방법

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[고조파 억제 대책] 고조파 유출 전력 계산 방법

2010년 4월 5일 (월) 09:39:28 | 지면 발행 ( 2010년 3월호 - 전체 보기 )

개요

일본에서 고조파 문제는 고조파 억제 대책 가이드라인 등에 따른 시책 효과 때문인지, 직렬 리액터 소손 사고 등 한때의 현재(顯在)화한 사고는 적어지고 있다. 특별고압, 고압의 수요가에서는 전력회사와 계약할 때 고조파 유출 전류 계산서를 제출하도록 하고 있으며, 고조파 유출 계산치가 상한치를 넘는 경우 고조파 유출 억제 대책을 실시할 필요가 있다.
본고에서는 고압 수요가를 대상으로 고조파 유출 전류 계산서 작성에 관해 간단하게 설명하고자 한다.

가이드라인 개요

고조파 억제 대책 가이드라인에 관해서는 이미 다른 원고에서도 소개되어 자세한 설명은 생략하기로 하겠으나, 이어지는 계산에 입각해 간단하게나마 고압 수요가에 대한 가이드라인을 설명한다.
일본의 '고압 또는 특별고압으로 수전하는 수요가의 고조파 억제 대책 가이드라인(이하 가이드라인)'은 2004년에 개정됐으며, 이것은 '가전 · 범용품 고조파 억제 대책 가이드라인'이 폐지된 것에 따른 개정이었다. 특별고압, 고압의 수요가에 대한 고조파 유출 전류의 상한치 변경은 없으며, 고압 수요가의 상한치는 <표 1>과 같이 되어 있다. 대상이 되는 고조파의 차수는 가이드라인에 따르면 40차이지만, 일반적인 고압 수요가라면 그 대상은 5차, 7차 고조파가 된다.

계산 순서

고조파 유출 계산의 순서는 <그림 1>의 플로차트(Flow Chart)와 같다. 크게 살펴보면,
① 등가용량이 50㎸A를 초과하는가
② 고조파 발생 기기의 고조파 유출 전류가 각 차 상한치를 넘는가
③ 고조파 흡수 기기의 효과를 감안해도 넘는가
④ 대책과 재계산
으로 되어 있다. 고조파 발생 기기가 많아지면 ① 또는 ②까지의 계산 과정으로 계산 종료가 될 수 있다.
다음 항에서 자세히 논하겠지만 전력회사에 제출하는 고조파 유출 전류 계산서(이하 계산서)에는 <양식 1>과 <양식 2>가 있는데, ②까지에서 계산 과정이 종료되면 계산서 <양식 1>만 있으면 된다. 계산서 <양식 2>는 ③ 이후의 계산이 필요한 경우에 사용하게 된다.

계산 사례

계산 과정에 대한 설명이 장황하게 늘어지면 알기 어려우므로 실제 계산 사례를 따라 자세하게 설명하고자 한다.
지면 관계상 앞에서 논한 ②까지의 계산까지만 다룬다.

⑴ 특정 수요가 판정(＞50㎸A)
계산 사례로<그림2>의 수요가를 가상(假想)한다.
특정 수요가 판정의 등가용량 계산은 다음 식과 같다.

환산계수 Ki는 기기의 전원회로에 맞는 환산계수로 <표 2>에서 선택하며, 전원회로가 어떤 것인지는 기기의 회로도 혹은 제조자에 문의해서 확인할 수 있다. 또한 Pi는 전동기의 정격출력을 참고해 <표 3>에서 얻을 수 있다.

1) 고조파 발생 기기의 회로 종류별, 환산계수, 등가용량
<그림 2>의 고조파 발생 기기는 임의로 다음과 같이 설정했다.
① 인버터 에어컨
회로 종류별
- 삼상 브릿지(콘덴서 평활)
- DSL 부착(직류회로쪽리액터)
Ki=K33=1.8
P1=13.1㎸A×4대=52.4㎸A
등가용량=52.4㎸A×1.8
≒94.3㎸A
② 위생펌프

회로 종류별
- 삼상 브릿지(콘덴서 평활)
- ACL 부착(교류회로 쪽 리액터)
Ki=K32=1.8
P2=6.77㎸A×2대=13.54㎸A
등가용량=13.54㎸A×1.8
≒24.4㎸A

2) 특정 수요가에 해당하는가
1)에서 계산한 각각의 등가용량을 검토하면

이 된다.
121.7㎸A＞50㎸A이므로, 특정 수요가가 되며 고조파 유출 계산을 할 필요가 있다.
만약 이 계산에서 50㎸A 이하가 되면 특정 수요가 되지 않으므로 이 단계에서 계산 종료가 된다.
⑵ 기기의 고조파 유출 전류가 상한을 넘는가
이제 특정 수요가이므로, 각 차마다의 유출 전류를 계산해서 상한치를 넘는지를 판정한다. 특히 고차조파가 문제되지 않으면 대상 차수는 5차, 7차가 된다. 각 차의 계산은 다음과 같다.

⑴항에서 계산한 ①, ②의 기기에 관해 계산해 봤다. 여기서는 설치 장소가 일반 빌딩이라고 상정해 가동률을 <표 5>에서 설정하기로 한다(공장 등 수요가에 따라 가동이 다른 경우에는 실제 가동 시간에서 계산하기로 되어 있다).
① 인버터 에어컨의 고조파
· 수전전압 환산 정격전류는,

가 된다.
· 삼상 브릿지(콘덴서 평활) : DCL이 부착된 전원회로의 고조파 유출 전류의 비율은 <표 4>에서

가 된다.
· 가동률은 <표 5>에서 55%로 한다.
· 계약전력이 270㎾이므로 보정률은 <표 6>에서 1이다. 따라서 인버터 에어컨의 고조파 전류는,

② 위생펌프의 고조파
다른 기기의 계산도 동일하다.

회로는 ACL이 부착되어 있기 때문에 여기서의 각 차 고조파 전류 발생량은,

따라서,

①, ②의 각 차 고조파를 합하면

가 된다.
⑶ 기기의 고조파 전류와 고조파 전류 상한치 비교
⑵항에서 계산한 고조파 전류와 가이드라인에서 정한 고조파 전류 상한치를 비교한다. 상한치를 넘지 않으면 여기서 계산 종료가 되고, 넘으면 고조파 흡수 기기의 억제 효과도 포함해 상세 계산한다.
고조파 상한치는 가이드라인에서 각 차수의 ㎾당 상한치를 정해 놓았기 때문에 다음과 같이 나타낼 수 있다.

예를 들어 계약전력이 270㎾로 되어 있으므로,

이것을 ⑵항에서 계산한 수치와 비교하면

로, 두 차수 모두 상한치를 넘지 않으므로 계산은 여기서 종료가 된다.

* 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다.

이상의 계산을 정리한 것이 <그림 3>의 계산서 <양식 1>이다.
만약 고조파 유출량이 계산치를 초과한 경우에는 흡수 기기로의 분류(分流) 등도 고려한 계산을 하지만 여기서는 생략하기로 한다. 참고를 위해 <그림 4>에 흡수 기기(예에서는 콘덴서가 고조파 흡수 기기)의 고찰을 나타냈다.

마무리

일본 전기협회에서 발행하는 '고압 수전 설비 규정'에도 고조파 유출 전력 계산 방법이 나와 있으므로 이를 참고해도 도움이 되리라 생각한다.
최근 고조파 발생이 도심부에서 바깥 주변으로 이동하는 경향도 없지 않아 주의할 필요가 있다.

일본의 고조파 억제 가이드라인
1994년 10월 3일 '고압 혹은 특별고압을 수전하는 수요가의 고조파 억제 대책 가이드라인에 대해'라는 이름으로 자원 에너지청 공익사업부를 통해 고시됐다. 이것에 따라 1995년 6월 5일 '고조파 억제 대책 기술 지침'을 제정했다.

고압 혹은 특별 고압을 수전하는 수요가의 고조파 억제 대책 가이드라인 개요
장래의 증가도 고려한 것으로, 2010년 고조파 왜곡률을 억제하기 위해, 지금부터 설비하는 기기의 고조파 발생량을 종래 50%로 억제하는 것을 목표로 한다. 전압파형의 현상, 고조파 장해의 발생 상황, 여러 외국에서 채용하고 있는 기준 등을 고려해 고압계통의 통합 왜곡률 5% 이하, 특별고압계통의 통합 왜곡률 3% 이하를 목표로 한다.