제조현장 전기설비운전에 따라 발생되는 고조파의 원인 및 영향과 대책연구

Abstract

계통전력 시스템의 전원공급에서 전력품질의 안정적인 전력공급이 많은 포지션을 차지하고 있다. 그리고 전기기기에 대한 수요가 증가함에 따라 계통전력을 효율적으로 만들었다. 그리고 안정적으로 생성, 공급 할 수 있는 계통 전력 시스템의 중심으로 개발이 이루어졌다. 근래에는 산업의 성장화와 인텔리젠트 건축물의 초고층화, 더불어 전력전자기술의 발전으로 전력 변환 장치를 활용한 테크닉과 엔지니어링이 다변화 되고, 그 응용, 제어 범위가 확대되었다. 제조공장의 공장자동화 및 정보통신용 제어 전원으로 무정전 전원장치가 제도적으로 설치되며, 고효율 에너지를 위한 전동기로 가 변속 구동장치가 많이 적용되고 있다. 무정전 전원 공급 장치와 전동기 및 변속 구동장치(VVVF, VVCF)는 전력변환소자를 사용한 인버터를 사용하게 된다. 이러한 인버터에는 교류를 직류로 변환시켜 정류장치의 활용하는 컨버터로 이루어져 있다. 하지만, 이러한 컨버터내의 전력소자들에 의해 고조파 전류의 발생원으로써 이 고조파 전류가 여러 컨버터로 구성 되어 이 전력계통에 전원까지 유입되어 각종 전력기기의 열화, 과열, 오동작 등 큰 장애를 일으킨다. 또한, 고조파 전류의 발생원의 큰 비중은 전력전자소자(다이오드, SCR, IGBT)를 적용하는 전기기기에서 발생된다. 제조현장에서의 가장 많이 활용되어지는 기기의 고조파 전류의 발생원 종류는 사이리스터를 사용한 전력변환 장치, 비선형부하기기, 철심 등의 자기포화 특성기기, 커패시터의 병렬공진, LED조명의 SMPS, 이상전압 등과 같은 과도현상에 의한 발생원들이 있다. 그러므로, 본 논문에서는 고조파를 발생시키는 발생원이 지속적으로 고조파 전류성분이 증가되는 문제에 대한 대책을 살펴보고자 한다. 제조현장에서 기기별 발생되는 고조파를 개선하여 산업현장에서의 각종 기기 오동작, 정밀기기의 동작 불량, 기기 손상 및 열화에 의한 과열의 원인 등의 문제에 대한 개선대책과 도입사례별 효과 및 검증을 한 후 적용 시 고려사항 등을 반영하고자 한다. 본 논문을 바탕으로 제조현장에 적용해 안전한 산업현장구축함과 동시에 생산성 향상을 통한 제조원가 절감을 실현함으로써 사용자와 고용주 모두에게 도움이 되길 바란다. |A stable power supply of power quality occupies a significant position in the power supply of the system power system. And as the demand for electronic devices increased, grid power was made efficient. In addition, it was developed on a power system that can be stably generated and supplied. In recent years, techniques and engineering using power conversion devices have diversified, and the scope of application and control has expanded with the development of power electronic technology along with the growth of the industry and the high-rise of intelligent buildings. Uninterruptible power supplies are systematically installed as control power for factory automation and information and communication of manufacturing plants, and electric motors for high-efficiency energy are widely applied with shift driving devices.

Uninterruptible power supplies, the electric motor and the shift driving devices (VVVF and VVCF) use an inverter using a power conversion element. These inverters consist of converters that convert alternating current into direct current and utilize rectification devices. However, as a source of harmonic current by these power devices in the converter, this harmonic current is composed of several converters and even enters the power system, causing problems such as deterioration, overheating, and malfunction of various power devices. In addition, many harmonic current sources occur in electrical devices that apply power to electronic devices (diodes, SCR, IGBT). Power conversion devices using thyristors, non-linear load devices, magnetic saturation characteristics such as iron cores, the parallel resonance of capacitors, SMPS of LED lighting, and abnormal voltage are the most commonly used sources of harmonic current in manufacturing sites. This research examines countermeasures against the ongoing escalation of the harmonic current component caused by the harmonic generation source. The primary focus is to enhance the generation of harmonics by each device operating within manufacturing sites, incorporating improvement measures to address issues such as malfunctions in various devices, failures in precision devices, and instances of overheating resulting from device damage and degradation. Through the findings presented in this research, it is envisaged that applying these measures in manufacturing sites will contribute to establishing a secure industrial environment, benefiting both users and employers. Furthermore, it is anticipated that this implementation will reduce manufacturing costs through improved productivity.