전기 시스템의 고조파 현상 : 원인, 효과 및 위험

배음전기 시스템에서 중요하지만 종종 간과되는 현상입니다. 그것들은 기본 주파수 (예 : 50Hz 또는 60Hz)의 정수 배수 인 주파수에서 발생하는 이상적인 정현파 파형의 왜곡을 나타냅니다. 고조파는 현대 전력 시스템에 내재되어 있지만 통제되지 않은 존재는 심각한 운영 및 재정적 결과를 초래할 수 있습니다. 이 기사는 그들의 원인, 효과 및 위험을 탐구합니다.

고조파의 원인은 무엇입니까?

배음주로 비선형 하중에서 비롯됩니다. 전류가 정현파 전압 파형과 일치하지 않는 경우. 일반적인 예는 다음과 같습니다.

산업용 모터, 스위치 모드 전원 공급 장치 (예 : 컴퓨터, 서버, LED 조명), 재생 가능 에너지 인버터 (태양/바람 시스템), 무질서 상태 전원 공급 장치 (UPS) 및 전기 자동차 충전소의 가변 주파수 드라이브 (VFD). 이 하중은 전류의 부드러운 흐름을 방해하여 왜곡 된 파형을 생성합니다. 예를 들어, VFD는 연속 사인파가 아닌 짧은 펄스로 전류를 끌어들일 수있어 3 차 (150Hz), 5 위 (250Hz) 또는 7 (350Hz) 고조파와 같은 고조파를 초래할 수 있습니다.

고조파의 효과는 무엇입니까?  

고조파는 전력 품질을 저하시키고 전력 인프라에 상당한 숨겨진 비용을 부과합니다.  

고조파는 에너지 손실과 비용 증가를 유발합니다. 예를 들어, 5 차 고조파 전류는 유통 시스템 (미국 에너지 연구부)에서 최대 15%의 추가 에너지 폐기물을 초래할 수 있습니다. 이 비 효율성은 전기 요금을 높일 수 있습니다.  

고조파 전류가 와전류와 히스테리시스 손실을 생성하여 과열로 이어지기 때문에 장비 손상과 수명 감소를 유발할 수 있습니다. 고해상도 환경에서 작동하는 트랜스포머는 정격 수명보다 30-50% 빠르게 실패 할 수 있습니다. 또한 고조파는 공명을 유발하여 커패시터 과부하 및 잠재적 폭발 또는 화재로 이어질 수 있습니다. 또한 3 상 시스템에서 3 차 고조파 (3, 9, 9 등)가 중립선에 축적되어 잠재적으로 과열 될 수 있습니다.  

고조파는 특히 의료 기기, 실험실 기기 또는 깨끗한 전력에 의존하는 데이터 센터 서버와 같은 민감한 장비에서 운영 중단을 유발할 수 있습니다. 고조파로 인한 전압 왜곡으로 인해 장비 고장, 데이터 손상 또는 계획되지 않은 가동 중지 시간이 발생할 수 있습니다.

고조파와 관련된 준수 및 안전 위험도 중요합니다. IEEE 519-2022와 같은 표준에 지정된 고조파 한계를 초과하면 규제가 발생할 수 있습니다. 또한 장비 과열은 화재 위험과 안전 위험을 야기 할 수 있습니다.

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