고조파(Harmonic)에 개한 정보가 부족하기에 리뷰에서 측정한 값에 대한 해석을 하는데 어려움이 있다.사용자 입장에서 자신의 환경에 영향을 줄 수 있는 수치가 어느 정도인지를 IEEE의 자료를 통해 가늠해 볼 수 있을 것이다. 고조파 차수에 따른 영향, 총 왜곡률에 따른 영향, 전압/전류에 따른 영향...등이 있으나 미치는 영향은 기기에 따라 다양하다. Review의 고조파 부분에서는 RAW data가 첨부되어 있으니 아래 자료와 함께 해석하면 되겠다.
국제전기전자엔지니어협회(IEEE)가 발표한 고조파에 의한 피해
IEEE Std 399-1990, IEEE 519-1992, IEEE P519/A
|  | 가장 큰 영향은 역시 철손과 동손의 증가에 의한 과열이며 효율의 저하 뿐만 아니라 전동기의 토크에도 영향을 주게 됩니다.
전동기에 유입된 고조파 전류는 정현파에 의한 운전시 보다 더 높은 주파수대의 소음을 유발시킬 뿐만 아니라 공극내에서 고조파 자속을 만들어 냄으로써 코깅(cogging)현상과 크롤링(crawling)현상을 유발시켜 유연한 기동이 어렵고 슬립을 비정상적으로 크게 만드는 악영향을 줍니다.
제5고조파와 제7고조파와 같은 복수의 고조파가 있는 경우 이 고조파의 기전력에 의해 전동기나 발전기가 기계적 진동을 일으켜 정속도 운전을 어렵게 만듭니다. 이 진동은 기본파에 의한 자계와 고조파전류가 기계적 공진 주파수를 형성 시킴으로써 발생이 됩니다.
예로써 제5고조파와 제7고조파는 발전기나 전동기의 회전자에서 제6고조파 주파수에 해당하는 기계적 응력을 발생 시키고 이 응력이 기계적 공진 주파수에 근접하게 되면 매우 큰 기계적 스트레스를 받기가 쉽습니다.
제5, 7, 11차 고조파와 같은 각각의 고조파 전압은 고정자 내에서 고조파 전류를 발생시켜 전체 전류에 더해져 흐름으로써 고정자 권선의 과열 원인이 됩니다.
회전자에서의 고조파 전류는 다른 문제를 유발시킬 수 있는데 이는 고정자에 흐르는 정상분과 역상분 고조파 전류의 유도 작용에 의해 발생되는 것으로 정방향이나 역방향성의 회전력을 갖게 됩니다. 고정자의 제5고조파 전류는 (역상 성분) 역방향으로 흐르게 되고 이 주파수에 상응하는 고조파 전류가 회전자에 유기되어 공극내의 기본파 자계와 상호 작용함으로써 제6고조파 전류를 형성 시키게 됩니다. 또한, 고정자의 제7고파 전류는 (정상 성분) 순방향으로 흐르고 마찬가지 원리로 회전자에서 제6고조파 전류를 형성 시키게 됩니다.
따라서 제5차, 7차 고조파 전류는 고정자에서 발열을 일으키고 제6고조파 전류는 회전자에서 발열을 일으키게 되는데 다시 정리하면,
회전자의 고조파 전류는
(1) 회전자의 과열과
(2) 토크의 저하와 맥동을 발생 시킵니다. 발열의 정도는 농형 회전자 보다 권선형의 회전자에서, 또 dip bar형 농형 회전자에서 심한 영향을받게 됩니다.고조파에 의한 효율 저하와 수명단축은 정현파 운전시에 비해 약 90% 수준인 것으로 밝혀져 있습니다.
또한 맥동 현상은 섬유공정 혹은 박막가공공정과 같이 정밀도를 요구하는 공장의 품질 문제를 야기 시키게 됨으로 주의를 기울여야 합니다. 동시에 전동기나 발전기의 회전자 축에서 기계적 공진에 의한 진동을 발생시켜 회전자 축을 구성하는 조립부위의 수명을 단축시키게 됩니다.
|  | 고조파 영향은 크게 두 가지로 볼 수 있는데 먼저 고조파 전류에 의해 동손과 표류손이 증가하고 고조파 전압에 의해 철손이 증가하게 됩니다. 전체적으로 보면 정현파에 비해 발열량이 크게 증가하는 문제가 있습니다.
이러한 발열의 문제로 인해 IEEE C57.12.00-1987[2]에서는 변압기에 흐르는 고조파 전류를 제한 하고 있으며 그 상한치는 정격전류의 5%를 넘지 않도록 하고 있습니다. 또한 변압기기가 견디어야 할 최대 과전압으로 정격부하에서 5%, 무부하에서 10%로 규정을 하고 있습니다. 필히 주의를 기울여야 할 점은 고조파 전압과 전류에 의한 변압기의 손실은 고조파의 주파수에 의존성이 높다는 것 입니다. 고차주파수에 의한 발열이 저차주파수 보다는 발열의 기여도가 크게 나타납니다.
|  | | 일반적으로 케이블은 보통수준의 고조파에서도 열이 발생되기 쉽습니다. 특히 계통의 공진시에는 왜곡된 전압 스트레스에 의해 코로나를 발생시키게 되고 결국 절연 파괴에 의한 케이블의 소손을 가져오게 됩니다. 즉, 도전체내에 비선형전류가 흐르게되면 추가적인 과열현상으로 파형의 rms값 또한 기대치 이상이 됩니다.
표피효과와 근접효과로 인해 발생하는 이 현상은 도전체의 크기와 간격뿐 아니라 주파수에 의해서도 다양한 결과를 나타냅니다. 이러한 현상들로 인해 특히 크기가 큰 케이블의 도전체는 유효 교류저항값이 직류저항값보다 큰 값을 가지게 됩니다.
결론적으로, 높은 차수의 고조파 전류가 케이블에 흐르게되면 등가 교류저항이 커지게 되어 손실( )이 증가됨으로 열이 발생을 하게 됩니다. 이에 따른 케이블의 용량감소 곡선은 아래의 그림을 참조하시면
됩니다.
|  |  | | 전력용 콘덴서의 적용시 먼저 고려해야할 점은 계통과의 공진입니다.
이러한 현상이 발생하게되면 정상 상태보다 더 큰 전압과 전류가 발생됩니다.
또한 주파수의 상승으로 콘덴서 뱅크의 임피던스가 작아지게되어 높은 고조파 전류가 콘덴서에 흐름으로 콘덴서의 과열에 의한 절연물의 소손을 야기 시킵니다.
예를 들어 철심 같은 비선형 마그네틱 요소를 가진 변압기나 리액터의 잦은 개폐는 고조파전류를 만들어 콘덴서에 추가적인 부담을 주게 됩니다. IEEE Std 18-1992에서는 콘덴서 뱅크의 전압, 전류, 무효전력의 제한치를 규정하고 있는데 이것을 기준으로 허용 가능한 고조파의 정도를 판단할 수가 있습니다.
이러한 과열과 과전압 스트레스로 결국은 콘덴서의 수명이 짧아지는 결과를 가져오게 합니다.
|  | 전자장비는 고조파의 왜곡에 의해 오동작을 일으킬 가능성이 있습니다. 일반적으로 전자장비들은 전압의 파형에 의해 전압이 0이 되는 정확한 지점을 통과하는 점을 이용하는 등 주로 정확한 동작시점을 이용하여 제어를 하게됩니다. 그러나 고조파에 의한 전압 파형의 왜곡 현상은 제어에 사용되는 정확한 동작시점을 이동시켜 오동작을 일으키게 합니다.
컴퓨터나 컴퓨터를 이용한 제어기기들은 계통에서 발생한 고조파가 전자 장비의 전원측에 유입시 혹은 장비내에서의 고조파의 전자결합(magnetic coupling)등으로 인해 영향을 받는 대표적인 전자장비들입니다.
이러한 장비들은 대부분 전압총합왜형율이 5%를 넘지 않는 교류전원을 필요로 하며, 개별고조파 전압 왜형율은 3%이하여야 합니다. 특히 높은 차수의 고조파들의 발생으로 인해 장비의 오동작을 가중시켜 의료장비와 같은 경우에는 심각한 결과를 가져옵니다. 또한, 고조파의 간섭효과로 인하여 라디오나 텔레비젼 같은 신호수신장비들에 악영향을 미치게 됩니다. 대부분의 전자장비들이 배전계통의 저전압쪽에 위치해 있기 마련입니다. 이로 인해 전자장비는 자주 전압의 나칭(notching) 현상의 영향을 받게 됩니다. 전압 나칭현상은 높은 주파수를 가진 고조파와 비정수고조파를 만들어 높은 주파수에 민감한 장비에 영향을 미칩니다. 뿐만 아니라 종종 EMI필터나 이와 유사한 높은 주파수에 민감한 용량성 회로에도 피해를 주기도 합니다
|  | 지시계기는 계통중 고차의 고조파 전압과 전류의 공진 상태가 존재할 경우 많은 영향을 받게됩니다.
적산 전력계의 경우 통상 보통의 전류의 기본 값만 지시하게됩니다.
하지만 고조파의 왜곡에 의한 상의 불균형은 장치의 오동작을 가져오게 합니다.
일반적으로 심각한 오류가 발생되지 않기 위해서는 왜곡률이 20%를 넘지 않도록 해야합니다.
반면에 측정이나 계전용으로 사용되는 60Hz 계기용변압기의 경우에는 고조파의 영향을 받지 않습니다.
|  | 다른 장비들과 마찬가지로 고조파 전류는 개폐장치에 열과 손실을 증가시키기 때문에 정상상태의 전류 운반 능력을 감소시키고 국부적인 절연의 손상을 가져와 수명을 단축시킵니다.
퓨즈 역시 용량 감소를 가져오는데 이는 운전중의 고조파 전류에 의한 열의 발생 때문입니다.
현재는 얼마만큼의 고조파전류를 개폐장치나 퓨즈에 허용해야하는지에 대한 규정화된 허용치는 없습니다.
왜냐하면 현재의 모든 시험은 정격 주파수에서만 이루어지고 있기 때문입니다. IEEE Power Engineering Society의 The Power System Relay Committee에서 만든 "Sine Wave Distortions on Power System and the Impact on Protective Relaying"를 참조하면, 전력계통에서의 거의 모든 형태의 왜곡에 대하여 논하고 있으며 이러한 것들이 어떻게 보호계전기의 동작에 영향을 미치는가를 논하고 있습니다. 하지만 정확하게 보호계전기의 고조파에 대한 영향에 대해 말하기는 불가능합니다. 왜냐하면 너무나 다양한 계전기들이 너무나 다양한 조건에서 다양한 고조파의 영향을 받으면서 동작을 하기 때문입니다. 보고서에서는 일반적으로 다중입력형 계전기가 단일입력형 계전기보다 다양한 조건들 때문에 고조파의 영향에 대한 예측이 더욱더 어렵다고 합니다. 하지만 일반적으로 왜곡률이 10-20%가 되면 계전기는 오동작의 가능성이 있다고 보고있습니다.
|  | 회로내의 고조파 전압과 전류는 통신상태의 저하를 가져오는 전계와 자계를 만드는 전력변환장치와 깊은 관련이 있습니다.
이러한 장애정도는 TIF (Telephone Interference Factor)로 나타내어지게 됩니다.
이러한 고조파에 의한 통신장애를 감소시키기 위해서는,
(1) 변환장치의 상이나 펄스의 수를 증가시켜야합니다.
(2) 잔류전류나 회귀전류를 최소로 해야합니다.
(3) 근접 전력회로의 3상 불평형 전류의 최소화 및 회선의 트위스트 배치를 해야합니다.
(4) 변환기의 정류 위상각의 지연을 될수있는한 최소로 유지시켜야 합니다.
(5) 변환기에 전력용 필터를 적용할 경우 반드시 계통과의 공진 문제를 고려해야합니다.
왜냐하면 예상치 못한 공진의 발생은 심각한 피해를 가져올 수 있기 때문입니다.
|  | 정지형 전력변환장치는 스스로가 운전을 하면서 고조파를 발생하게 됩니다. 어떤 경우에는 변환장치 자체가 스스로 만든 고조파 혹은 다른 곳에서 유입된 고조파에 의해 영향을 받게됩니다. 외부로부터 유입되는 고조파는 교류전원에 병렬로 연결된 유사한 변환장치로부터 발생되는 경우가 많습니다.
다이오드 정류기 경우에는 고조파의 영향을 받지 않습니다. 그러나 다이오드 정류도 콘덴서를 사용할 경우, 만약 다이오드가 전압을 각각 분담하게되는 직렬 구조라면 이 콘덴서는 교류전원에 의한 고조파전류의 영향으로 설계치보다 큰 열적 부담을 받게 됩니다. 또한 이러한 고조파는 정류부하를 통과하여 직류를 사용하는 장비에도 문제를 일으키게 됩니다. 이러한 문제는 사이리스터나 인버터와 같은 다른 변환장치에서도 마찬가지로 나타나게 됩니다. Snubber나 EMI 필터
그리고 전력공급필터같은 콘덴서를 사용하는 개소에서 고조파전류에 의한 열에 대한 부담은 더욱 증가하게 됩니다. 대부분의 변환장치는 제어를 위해 교류전압의 다양한 특성을 이용합니다. 만약 교류전압이 고조파에 의해 심각하게 왜곡이 된다면 변환장치는 오동작을 하거나 비정수고조파를 만들어 낼 수 있습니다. Flip-flop과 같은 변환장치의 제어회로도 높은 주파수의 고조파에 매우 민감하기 때문에 오동작 및 심할 경우 부품의 고장을 유발하게 됩니다.
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출처 http://www.1watt.org/wattbbs/board.php?board=guidedata&command=body&no=82
파워렉스는 고조파 왜곡률의 최대한계치인 20%를 훨씬 초과한것으로보입니다.
즉 다른부품의 수명에 치명적임
