고조파(Harmonic Wave) 정의와 영향

우리가 사용하는 교류전력은 정현파 모양을 하고 있는데요, 전력전자 소자가 많이 사용되면서 이로 인한 많은 문제가 발생되는데, 그 중 하나가 바로 고조파입니다. 물론 고조파 발생이 반드시 전력전자 소자에 의해서만 발생하는 것은 아니며 발전기에서도 권선배치로 인해 고조파가 발생은 합니다.  고조파는 전력계통의 기본 주파수에 대하여 그 정수 배의 주파수를 가진 정현파를 말한다. 발생 원의 내부 임피던스와 전기 설비의 임피던스가 공진 조건이 되면 고조파 전류는 증폭되어 전자 유도 장해를 일으케됩니다. 아래 그림처럼 고조파는 보통 전력분석계로 측정을 하게 되면 각각 고조파 함유율이 표기가 됩니다. 잠시 여기서 고주파는 주파수가 높은 파형을 가진(30kHz 등) 것을 의미하며, 고조파와는 상관이 없습니다. 

고조파가 기기에 주는 영향

일본에서 ‘91～’94년에 발생한 장해사례를 분석한 바에 의하면 발생 건수는 압도적으로 콘덴서 및 직렬 리액터가 거의 90%를 차지하고 있으며, 장해 내용은 소손, 이상음, 과열 등으로 되어 있습니다.

○ 콘덴서 및 리액터 : 고조파 전류에 대한 회로의 임피던스가 (공진) 현상 등으로 감소해서 과대한 전류가
    흐름으로서 과열, 소손 또는 진동, 소음 발생
   - KSC 4802 : 콘덴서는 그의 충전전류에 고조파를 포함할 때 합성전류가 정격 전류의 135%를 초과하지 않는         범위내에서 장기간 사용하여도 지장이 없어야 한다.
○ 변압기 : 고조파 전류에 의한 철심의 자기적인 왜곡 현상으로 소음 발생. 철손 동손의 증가
○ 유도 전동기 : 고조파 전류에 의한 진동 토크의 발생으로 회전수의 주기적 변동, 철손 및 및 동선등의 손실증가
○ 케이블 : 3상 4선식 회로의 중성선에 고조파 전류가 흐름에 따라 중성선 과열
○ 형광등 : 과대한 전류가 역률 개선용 콘덴서나 초크 코일의 과열, 소손 발생
○ 통신전 : 전자 유도에 의한 잡음 전압의 발생
○ 전력량계 : 측정 오차 발생, 전류 코일의 소손 발생

고조파 경감 대책

○ 고조파 장해의 예방 : 직렬 리액터 삽입, 직렬 리액터 용량 증가
○ 계통에서의 대책 : 정류 상수의 증가, 과대한 위상 제어의 회피, 교류 필터의 설치
○ 기기 자체의 고조파 내량 강화