정보화 기술과 디지털기술의 발전으로 수용가 전기설비의 전기적인 내성은 낮아지고 있는 반면 배전계통의 외란현상은 증가하고 있는 추세이다. 특히 고조파는 전력용 기기의 열화, 원판형계전기 오동작 및 계량기 오차발생 등의 원인이 되고 있어 배전계통의 고조파 현황파악은 매우 중요한 의미를 갖는다. 한국전력공사에서는 연구과제의 수행을 통해 1년간 배전계통의 고조파 현황을 측정하고 이를 분석하였다. 측정개소는 부하특성에 따라 공업용, 상업용, 주거 용으로 구분하여 총 34개소를 선정하였다. 1년간 측정한 고조파를 차수별로 분석한 결과 영상분에 해당하는 3차, 9차, 15차 및 21차 고조파가 IEC 61000-3군의 중압계통 고조파 계획수준과 비교하여 높게 나타났다.
규모가 큰 제철소는 전기로와 같은 비선형 부하를 가지고 있다. 고조파 측정 결과로 고조파는 시간에 따라 변하는 특성이 관측되었다. 순시치 측정에 의한 고조파 평가는 측정 순간에 따라 고조파가 다를 수 있으므로 모호한 결과를 초래할 수 있다. 시간에 따라 변하는 고조파를 해결하기 위해 쓰이는 가장 보편적인 방법은 누적확률을 사용하는 것이다. 고조파 시뮬레이션은 사례연구 시스템의 전압 및 전류 왜곡을 평가하기 위해 이용되었다. 본 논문에서는 전기로 부하의 고조파 현장 측정, 국제 고조파 관리 기준인 IEC 61000-3-6과 IEEE Std. 519에 의한 고조파 평가, 시간에 따라 변하는 고조파의 시뮬레이션을 심도 있게 다루고자 한다. 고조파 해석 프로그램인 EDSA는 사례 연구에 시뮬레이션 도구로 사용되었다.
정보통신기술과 디지털기술의 발전으로 수용가의 설비의 전기적인 내성은 낮아지고 있는 반면 배전계통의 외란은 증가하고 있다. 특히 고조파는 변압기 등 기기의 수명저하와 원판형계전기 오동작 등의 원인이 되고 있어 배전계통의 고조파 현황분석은 매우 중요한 의미를 갖는다. 한국전력공사에서는 연구과제의 수행을 통해 2006년부터 1년간 저압 배전계통의 고조파 현황을 측정하고 이를 분석하였다. 측정개소는 기준임피던스의 기준이 되는 저압측 전력량계 1차측으로 하고 전국 100 개소를 부하특성에 따라 선정하였다. 1년간 측정한 고조파를 차수별로 분석한 결과 영상분에 해당하는 9차와 15차 고조파가 IEC61000-3-6의 저압계통 고조파 기준과 비교하여 높게 나타났다.
본 논문은 최근 3년간 강원 영서 지역에서 실측한 전원의 고조파 함유량을 토대로 전압 고조파, 중성선 전류 고조파 및 고조파로 인한 역율 저하를 분석하였다. 전압 고조파의 종합 왜형율(THD)은 순시 측정시 적합율 88.5%, 24시간 측정시 42.9%로 나타났으며, 중성선 전류의 종합 왜형율은 1,000%를 상회하는 장소가 20%를 차지하고 있어 심각한 문제점들이 발생될 수 있음을 알았다. 또한, 종합 고조파 왜형율의 증가로 인한 역율 저하는 평균 2%정도 발생되었다.
플라즈마 밀도와 전자온도는 반도체 및 디스플레이 공정결과에 결정적인 역할을 하므로 그에 대한 진단법 연구는 필수적이다. 하지만 대부분의 연구는 공정플라즈마와 같이 프로브 팁이 증착된 환경에서는 진단이 힘든 실정이다. 이러한 한계를 극복하기 위해서 부유전위 근처에서 고조파 진단법(floating harmonic method)에 대한 연구가 제시되었다[1]. 저밀도 플라즈마에서는 제 2 고조파의 측정이 어렵기 때문에 전자온도를 정확히 측정하기 힘들 수가 있다. 따라서 이에 대안으로 본 논문에서는 부유 고조파 진단법을 기반으로 하여 진폭과 주파수를 다르게 한 두개의 소신호 정현파 전압신호를 동시에 인가하여 플라즈마 변수를 진단하는 방법을 개발하였다. 본 방법을 이용하여 유도결합 아르곤 플라즈마에서 RF전력과 압력변화에 따라 플라즈마 변수진단을 진행하였고, 기존의 고조파 진단법의 결과와 일치하는 경향을 보이는 것을 확인하였다. 이 방법은 측정된 전류의 고조파 성분을 이용하지 않고 기본주파수를 가지는 전류의 크기 비율을 사용하여 전자온도 값을 구하기 때문에 저밀도 플라즈마에서 정밀한 진단이 가능할 것으로 예상된다.
고속전철 부하는 동기 전동기를 제어하기 위해 컨버터와 인버터를 포함한 많은 비선형 부하를 가지고 있다. 고조파 측정 결과로 고조파는 시간에 따라 변하는 특성이 관측되었다. 순시치 측정에 의한 고조파 평가는 측정 순간에 따라 고조파가 다를 수 있으므로 모호한 결과를 초래할 수 있다. 시간에 따라 변하는 고조파를 해결하기 위해 쓰이는 가장 보편적인 방법은 누적확률을 사용하는 것이다. 고조파 시뮬레이션은 사례연구 시스템의 전압 및 전류 왜곡을 평가하기 위해 이용되었다. 본 논문에서는 고속전철 부하의 고조파 현장 측정, 국제 고조파 관리 기준인 IEC 61000-3-6과 IEEE Std. 519에 의한 고조파 평가, EDSA 프로그램을 사용한 시뮬레이션을 심도있게 다루고자 한다.
일반 가정집 부하는 컴퓨터, 비디오, 냉장고, 마이크로웨이브 오븐, TV, 오디오 등의 많은 비선형 부하를 가지고 있다. 이들 비선형 부하는 고조파 전류를 발생시키고, 전력계통의 정현파 전압을 왜곡시킨다. 고조파 측정 결과로 고조파는 시간에 따라 변하는 특성이 관측되었다. 시간에 따라 변하는 고조파를 해결하기 위해서 쓰이는 가장 보편적인 방법은 누적확률을 사용하는 것이다. 본 논문에서는 일년동안 일반 가정집 부하의 고조파 측정을 하고, 현존하는 가정집 부하의 고조파 수준과 미래의 고조파 영향을 예측하기 위한 목적의 조사를 심도 있게 다루고자 하였다.
전력 계통에서 발생하는 고조파는 전동기 등 기기 오동작 및 고장, 불필요한 전력 소모 등을 야기시킨다. 고조파 발생에 대한 근본적인 대책은 고조파 발생 원인을 찾아 제거하는 것이며 본 논문에서는 아날로그 디바이스사의 ADE7880을 이용하여 고조파 발생 원인을 실시간으로 파악할 수 있는 전력품질 측정장치를 제작하고 동작을 검증하여 다양한 전력 품질 측정 분야에 활용할 수 있도록 하였다. 전력은 일반적으로 45Hz에서 66Hz까지의 라인 주파수를 가지고 있는데, 본 연구에서 사용한 ADE7880 필터대역인 2.8kHz 밴드 내에서 분석될 수 있는 고조파의 수는 2800/f로 최대 2800/45 = 63차 고조파까지 가능하며, 라인주파수가 60Hz인 한국에서의 최대 고조파차수는 2800/60 = 46차까지 측정할 수 있었다. 또한 전압, 전류, 전력 측정의 정확도는 0.1%이내의 오차를 가져 매우 정밀한 수준임을 확인하였다.
유도결합형플라즈마(ICP)에서 부유 랑뮤어 탐침에 정현파, 톱니파, 사각파, 삼각파 형태의 전압 파형들을 쉬스에 인가하였을 때, 탐침으로 들어오는 고조파전류들의 특성을 넓은 범위에서 연구 하였다. 탐침으로 들어오는 플라즈마전류파형 및 기생전류파형의 모양과 고조파전류들에 대해 고찰하였고, 각각의 전압파형을 인가하였을 때 다양한 압력과 파워조건에서 부유 랑뮤어 탐침법을 이용하여 전자온도와 플라즈마 밀도를 측정하고, 측정결과는 싱글 랑뮤어 탐침법과 비교하였다. 정현파, 삼각파는 싱글 랑뮤어 탐침법과 잘 일치하는 결과를 보였고, 톱니파는 실험상의 오차로 정확한 측정이 안 되었으며, 사각파는 전류파형의 과도현상으로 인해 측정이 안되었다. 그 외에 기존의 부유 랑뮤어 탐침법과 다르게 부유전위의 변화와 제 1 고조파들의 비를 이용해서 전자온도를 구하는 방법도 소개한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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