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고조파란 (Harmonic)? 발전과배전시스템에서이론적으로는일정한주파수를가지는 정현파 (sinusoidal wave) 의주전압을생각하게된다. 그러나실제적으로는 전압과주파수에변이가발생한다. 특히주전원에연결된비선형부하에의해 발생되는고조파는심각한문제를일으키기도한다. 고조파는기본주파수에대해 2 배,3 배,4 배와같은정수의배에해당하는 물리적전기량을말한다. ex) 기본주파수가 60Hz 인경우 5 조파 -300Hz / 7 조파 -420Hz / 11 조파 -660 Hz / 13 조파 -780 Hz 2
고조파파형의분석 기본파형과고조파 고조파로인해왜곡된파형 3
고조파의발생및문제점 입력의각종써어지노이즈유입 교류전압 / 전류 출력절연트랜스를갖춘진정한이중변환 VFI 주요어플리케이션 일반 UPS 의과도한고조파발생에의해왜곡된파형 Harmonic 발생교류전압 / 전류 UPS를통해양질의전원공급 4
고조파에의한문제점 전동기와발전기변압기전력케이블 1. 기기의과열 2. 효율의저하 3. 토크저하및맥동발생 4. 기기의수명단축 1. 철손및동손증가 2. 변압기의발열 / 소음 3. 변압기용량감소 1. 케이블의과열 2. 코로나발생 3. 케이블의용량감소 4. 절연파괴 전력용콘덴서전자장비지시계기 1. 계통과의공진 2. 과열로절연물소손 3. 콘덴서의수명감소 1. 장비의오동작 2. 전압 Notching현상 3. 신호수신불량 1. 계기의오동작 2. 측정값의오차 개폐기와계전기통신장애정지형전력변환장치 1. 개폐장치열과손실발생 2. 전류운반능력감소 3. 국부적인절연의손상 4. 퓨즈의용량감소 1. 통신상태저하 2. 유도장애발생 1. 콘덴서사용시과열 2. 오동작발생 3. 비정수고조파발생 4. 제어회로의부품고장 5
고조파보정및대책 고조파는고조파발생원의크기와전원계통의고조파내량을고려하여대책을세워야한다. 따라서고조파발생량의저감과전원측의고조파내량증대를위한임피던스의변경을고려하고이들을종합시킨대책을고려할수있다. 1. 입력배전반에서절연변압기를사용하여 UPS 를다른부하장비와분리 (UPS 전용입력라인구성 ) 2. 입력고조파필터장착 (5 th + 7 th,11 th + 13 th 고조파필터 ) 3. UPS 정류부의펄스증가 (12/18/24 Pulse 정류기사용 ) 4. UPS 정류부의 ACTIVE IGBT 제어 GE 의경우 10 120 KVA 는 Booster IGBT 4 RPA 제어 160-300 KVA 는 PWM IGBT 6 RPA 제어 6
GE UPS 솔루션 LP 11/31 Series 입력 PF P.F 8-10/15-20kVA 0.95~0.99 7% 이하 간단한솔루션 / 비용이저렴기본적으로아주낮은 THDI 별도의필터불필요 / 병렬운전가능 (LP11) 높은입력역률성능 / 소형, 저중량손쉬운유지보수관리 / 은행, 메디컬시스템등 LP33 10-120kVA 입력 P.F 0.98 4.5% 이하 성능대비가장경제적 / 다양한제품군 THDI 9% 이하 ( 기본 )4.5% 이하 ( 필터포함 ) 의입력고성능저발열 / 용량대비적은설치공간월타입으로벽면에붙여서설치가능손쉬운유지보수 / 은행, 메디컬시스템, 통신등 SG PurePulse 입력 P.F 60-500kVA 099 0.99 2~3% 이하 톱쿨래스의신뢰성과성능제공최고성능의입력역률및 THDI 전원설비비용절감 / 퍼펙트한발전기연동병렬운전 6RPA / 월타입으로설치공간절약데이터센터, 콜센터, 시큐리티시스템, 메디컬 SG 600kVA 입력 P.F 0.92 5% 이하 대용량고신뢰성, 고성능제공최고성능의입력역률및 THDI 전원설비비용절감 / 퍼펙트한발전기연동병렬운전 6RPA / 월타입으로설치공간절약데이터센터, 콜센터, 시큐리티시스템, 메디컬 7
iups 솔루션 고조파및고조파대책 iups 11/31 Series 2-10/10-20kVA 입력 PF P.F 0.95~0.98 7%~8% 이하 간단한솔루션 / 비용이저렴기본적으로아주낮은 THDI 별도의필터불필요높은입력역률성능 / 소형, 저중량손쉬운유지보수관리 / 은행, 메디컬시스템등 iups33 20-30kVA 입력 P.F 0.98 4 % 이하 성능대비가장경제적 / 다양한제품군 THDI 4% 이하 ( 필터포함 ) 의입력고성능저발열 / 용량대비적은설치공간월타입으로벽면에붙여서설치가능손쉬운유지보수 / 은행, 메디컬시스템, 통신등 ig33 CN 100/120 160/200 kva 입력 P.F 0.96~0.99 4%~5% 이하 완벽한병렬구성 (Max 8RPA)/ 안정된중용량시스템 5 th +11th harmonic filter 구성상대적으로저렴한가격가능 / 데이터센터, 통신, 항공관제, 콜센터, 반도체공장등 ig 33 all IGBT 100/120/160/ 200/250 KVA 입력 P.F 0.99 4% 이하 톱쿨래스의신뢰성과성능제공최고성능의입력역률및 THDI 전원설비비용절감 / 퍼펙트한발전기연동병렬운전 8RPA / 월타입으로설치공간절약데이터센터, 콜센터, 시큐리티시스템, 메디컬 8
발전기및변압기용량선정예 발전기 : UPS 용량의 2 배이상 변압기 : 인입변압기는 UPS 의 Back-ripple 영향을감안하고전원분리원칙에의거단독 변압기를사용해야하며용량은 UPS 용량의약 15 1.5 배이상이어야한다. - 전용변압기 & 발전기용량산출 (200kVA 경우 ) SGSE_160-200_S1_UPS_01 SG PurePulse P THDi 2% 의경우 200kVA+(200*0.02*3.14)=213 kw 일반 SCR정류기 UPS의경우 34%(THDi) 200kVA+(200*0.34*3.14)=413 kw 일반 UPS 일경우약두배이상의발전기또는전기공사비용이추가되어야한다. 9
발전기용량선정시고려사항 모든발전기제조사는 SCR 을사용한장비를부하로구동하기위해서는이들 SCR 부하에서발생하는 Non-liner또는고조파전류의영향때문에충분한용량의발전기를설치하여야한다. - 일반적인발전기용량산정방법 1. UPS 부하량이발전기에연결된총부하량의 25% 미만일때에는발전기용량결정시특별히고려하지않아도됨 2. UPS 부하량이 25-50% 일때에는발전기에특수전압조절기와특수 Galvanic 변압기및고조파필터및 DCU Filter 등이필요하다. 3. UPS부하가발전기총부하량의 50% 초과할시에는발전기제조회사의기술자문을받는것이좋으며이때에는특수한조절기와특수한가바나를사용해야한다, 수요처에서대형발전기를선택하여해결하고자하는것은좋은방법이아니다. ( 작은부하에큰엔진은초기에고장나기쉬우며전압조절도이방법으로는어렵기때문이다.) 4. 일반적으로고조파율에 π 상수 (3.14) 를곱해서 UPS 용량의합 100 KVA 에 THDi 34 % 인경우 100 + (100 * 0.34 * 3.14) =206.76 kw 발전기 100 KVA 에 THDi 8% 인경우 100 + (100 * 0.08 * 3.14) = 125.12 kw 발전기 10
GE UPS 입력성능 UPS Type Power Configuration 입력THDi 입력PF LP11 3 10 kva Standard 7% 이하 0.99 LP33 10 30 kva Standard 8% 이하 0.95 LP33 40 120 kva Standard 9% 이하 0.98 LP33 40 120 kva 6pulse IGBT 4.5% 이하 0.98 SitePro 400 500 kva 12pulse(standard) 9.4% 이하 0.8 12pulse+11th+13 th harmonic filter 5% 이하 0.85 60 120kVA Standard 2% 이하 0.99 SG PurePulse Series All IGBT type 160 300kVA standard 2% 이하 0.99 400 500 kva standard 2% 이하 0.99 SG UPS 600kVA 11 th harmonic filter 5% 이하 0.92 11
i UPS 입력성능 UPS Type Power Configuration 입력THDi 입력PF iups11 2 10 kva Standard 8% 이하 0.98 iups31 10 100 kva Standard 8% 이하 0.95 iups33 20 30 kva Standard 5% 이하 0.98 ig33cn 100 120 kva Standard 4% 이하 0.99 ig33cn 160 200 kva Standard 5% 이하 0.96 ig33 IGBT ALL IGBT 100 500kVA Standard 2% 이하 099 0.99 12