고조파 저감용 수동필터 설계 및 설치사례 분석

Abstract

현대 사회의 모든 분야는 양적인 성장을 기본으로 양질의 품질을 추구하고 있으며 전기 분야에 있어서도 예외가 아니어서 전력의 안정적인 공급과 더불어 양질의 전원품질을 강하게 요구하고 있다. 현 시점에서 고조파는 전력계통을 구성하는 기기의 손실증대, 과부하, 오동작 등의 주요한 원인이 되고 있으며 지금의 전력설비 구조상 필연적으로 발생된다. 이러한 고조파를 저감하기 위하여 고조파 발생 해석과 저감에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 기본적으로 고조파에 대한 대책은 발생기기의 발생량을 감소시키거나 피해기기의 내량을 증대시키는 방법이나 이것은 어느 정도 한계를 내포하고 있기 때문에 어쩔수 없이 발생하는 고조파를 인정하고 외부적으로 고조파 저감필터를 설치하여 저감시키는 방법은 아주 유용하고도 효과적인 방법이다. 고조파 저감필터는 임피던스 성분인 R. L, C 소자로 구성되어 공진현상을 이용하는 수동필터와 발생 고조파를 검출하여 그 반대위상의 고조파 전류를 만들어 계통에 주입하는 능동필터 그리고 두 가지 원리를 모두 이용하는 하이브리드 필터 등이 있다. 특히 수동필터는 구조가 간단하고 설치 및 유지보수가 비교적 용이하여 다양한 장소에서 채용되고 있다. 이번 연구의 목적은 고조파에 대한 기본개념을 정립하고 저감방법으로서 각각의 현장 상황에 맞는 고조파저감 대책의 기본 흐름을 세우고 고조파 억제장치로서 수동필터의 설계와 적용능력을 향상시켜 양질의 전원품질을 확보할 수 있는 방법을 제시하고자 하였다. 2장에서는 고조파의 기본적인 개념을 토대로 고조파 발생원을 추정하는 방법과 고조파를 하나의 전류원으로 해석함으로써 계통을 단순화 하였고 3장과 4장은 계통에서 발생된 고조파가 계통을 구성하는 각각의 기기에 미치는 영향을 파악하고 발생되는 고조파 장애를 저감하는 방법을 제시하였으며 6장에서는 고조파 저감방법 중에서 가장 경제적이고 효과적인 대책의 하나로서 수동필터의 기본개념과 설계방법 그리고 수동필터 설계의 선행요소인 전력 계통의 임피던스를 계산하여 고조파 전압, 전류 및 유·무효 전력을 계산하여 고조파 전류의 분류방향을 추정하여 최적의 수동필터 설치 위치를 파악하도록 하였다. 마지막으로 7장에서는 앞장의 내용을 바탕으로 하여 실제 현장에 적용된 저감필터의 설치 예를 분석하여 필터 설치 전·후의 고조파 저감 효과를 비교·분석하고 고조파 저감용 필터의 설치 필요성을 확인하였다.; Modern societies are pursuing high quality based on quantitative growth in every field. Electronic field is not an exception. Stability as well as high quality in power supply is strongly demanded. Harmonic wave has been major cause for troubles, overload, and malfunction of electronic devices. The structure of current power facilities inevitably produce harmonic wave. Various researches regarding the interpretation of harmonic wave generation are in proceeding to reduce it. Basic counter plan against harmonic wave is to reduce the production of the generator or to increase the power of troubled equipment. However, because of its limits, this measure should be enforced and could become more effective by installing an exterior harmonic wave reduction filter. There are three types of harmonic wave reduction filter. Passive filter which is composed of R, L, and C impedance component uses resonance. Active filter detects produced harmonic wave and casts reverse phase of the wave. Hybrid filter adopts both methods. Especially, passive filter is widely used for its simple structure and conveniences in installing and maintenance. The purpose of this research in to establish basic concept of harmonic wave, to provide basic trend of the counter plans against harmonic wave according to each practical circumstances, and to present the methodology on how to secure the high quality in electronic power source by improving the design and applicability of passive filter. On chapter 2, upon the understanding the basic concept of harmonic wave, the method of estimating harmonic wave source is discussed and simplified by interpreting harmonic wave as one of electronic power source. Chapter 3 and 4 show how the harmonic waves produced from the system affect each part of the system, and how to reduce the troubles caused. Chapter 6 explains the basic concept and design of passive filter, which is one of the most economic and most effective counter plans against harmonic wave. Furthermore, locating the optimum place to install a passive filter is illustrated. It can be done by estimating the direction of the electric current’s distributaries based on the calculation of impedance, which is the pre-requisite for the design of passive filter, and the calculation of the voltage, an electric current, and active or reactive power of harmonic wave. Finally, on chapter 7, the necessity of passive harmonic wave reduction filter is ascertained by the comparative analysis on the effectiveness in reducing the wave after the installation of the filter. The analysis is based on the practical installation and use of passive filter in the scene of labor based.