영상분 고조파 전류의 영향

영상분 고조파 전류의 영향

(1) 영상분 고조파의 의미

  ① 전류 파형이 3 상 평형일 때는 a b c 상에 흐르는 전류는

3상-평형-abc상-전류

  ② 이 되어 벡터 합이 0 이 되므로 중성선에 전류가 흐를 수 없다. 그러나 3 배수의 고조파의 경우는

3고조파-abc상-전류

로 되어 중성점에서 3 고조파 전류의 합은 0 이 되지 않고 3I0   가 된다.

  ③ 이 3I0의 전류가 중성선을 통해 흐르게 되는데 이를 영상분 고조파라고 한다. 영상분 고조파는 3 고조파 이외에 서 6 고조파, 9 고조파 등과 같이 기본파의 3 배수의 고조파는 모두 영상분 고조 파가 된다. 제3 고조파와 기본파의 파형을 그리면 그림과 같다.

3고조파-기본파-파형

(2) 영상분 고조파가 주는 영향

  ① 변압기에 주는 영향

   ㄱ. 비선형 부하에서 발생되는 고조파는 전원 측으로 유출되므로 그림에서 와 같이 유출되는 영상분 고조파는 변압기 1 차로 변환되어 ∆권선 내를 순환하게 되는데, 이 순환 전류는 변압기 내부에서 열을 발생시키므로 변압기가 과열된다.     ㄴ. 대형건물에는 OA 기기들을 많이 사용하게 되는데 OA 기기들은 대부분 단상 정류기를 사용하므로 고조파가 많이 발생하여 변압기를 과열시키는 경우가 많다. 

영상고조파-변압기-단선도

  ② 중성선에 주는 영향

   ㄱ.중성선의 굵기는 일반적으로 다른 상에 비해 같거나 또는 가는 선을 사 용하는데 위의 그림에서와 같이 중성선에 영상분 전류가 많이 흐르게 되면 중성선이 과열될 우려가 있다.

   ㄴ.또한 제3 고조파는 기본파의 3 배인 180 Hz의 주파수 성분을 가지기 때 문에 표피 효과에 의해서 케이블의 유효 단면적을 감소시켜 실효 저항이 증가하므로 발열 현상이 더욱 심해지게 된다.

  ③ 중성점 전위에 미치는 영향

   ㄱ.중성선에 제3 고조파 전류가 흐르면 중성점과 대지 간의 전위는 중성선에 흐르는 전류 ´ 중성선의 임피던스만큼 올라가게 된다. 중성선의 기본파에 대한 임피던스를 Z = R + jX 라 고 하면 제3 고조파에 대해서는 리액턴스가 3 배가 되므로 중성점의 전위는

중성점의-전위

 그림은 각상에 흐르는 고조파 전류와 중성선에 흐르는 영상 전류를 보인 것이다. 

고조파전류와-영상전류