유입식 변압기에 고조파가 미치는 영향은 무엇입니까?

고조파는 전력 시스템의 작동, 특히 침수형 전력 변압기와 같은 장비의 경우 중요한 문제가 되었습니다. 선도적인 공급업체로서기름에 잠긴 전력 변압기, 저는 고조파가 이러한 중요한 구성 요소에 미칠 수 있는 영향을 직접 목격했습니다. 이번 블로그 게시물에서는 침지형 전력 변압기에 대한 고조파의 다양한 영향을 조사하고, 고조파의 원인을 탐색하고, 그 영향을 완화하기 위한 전략에 대해 논의하겠습니다.

고조파 이해

고조파는 기본 주파수(보통 50Hz 또는 60Hz)의 정수배인 주파수를 갖는 정현파 전압 또는 전류입니다. 이상적인 전력 시스템에서 전압 및 전류 파형은 기본 주파수에서 순수한 정현파입니다. 그러나 가변 속도 드라이브, 전력 전자 장치, 형광등과 같은 비선형 부하의 사용이 증가하면서 전력 시스템에 고조파가 발생했습니다. 이러한 비선형 부하는 비정현파 방식으로 전류를 끌어와 전압 및 전류 파형을 왜곡합니다.

기름에 잠긴 전력 변압기에 대한 고조파의 영향

1. 코어 손실 증가

유침형 전력 변압기에 고조파가 미치는 가장 중요한 영향 중 하나는 코어 손실의 증가입니다. 변압기의 코어 손실은 히스테리시스 손실과 와전류 손실로 구성됩니다. 히스테리시스 손실은 코어 재료의 자화 반전으로 인해 발생하는 반면, 와전류 손실은 코어에 유도된 순환 전류로 인해 발생합니다.

고조파는 코어의 자속을 더 빠르게 변화시키기 때문에 코어 손실을 증가시킵니다. 더 높은 주파수의 고조파는 더 많은 자화 반전을 발생시켜 히스테리시스 손실을 증가시킵니다. 또한 와전류 손실은 주파수의 제곱에 비례합니다. 고조파의 주파수가 기본 주파수보다 높기 때문에 와전류 손실이 크게 증가합니다. 코어 손실이 증가하면 변압기의 작동 온도가 높아져 절연체 및 기타 구성 요소의 수명이 단축될 수 있습니다.

2. 구리 손실 증가

변압기의 구리 손실은 권선의 저항으로 인해 발생합니다. 전류에 고조파가 존재하면 권선의 유효 저항이 증가합니다. 이는 표피 효과와 근접 효과가 주파수가 높을수록 더욱 뚜렷해지기 때문입니다. 표피 효과는 전류가 도체 표면 근처로 흐르게 하여 유효 저항을 증가시킵니다. 반면에 근접 효과는 인접한 도체 사이의 상호 작용으로 저항도 증가합니다.

저항이 증가하면 변압기 권선의 구리 손실이 증가합니다. 이는 전력 소비를 증가시킬 뿐만 아니라 더 많은 열을 발생시켜 변압기의 절연 및 기타 구성 요소를 더욱 저하시킬 수 있습니다.

3. 전압 왜곡

고조파는 전력 시스템에 전압 왜곡을 일으킬 수 있습니다. 전압 파형이 왜곡되면 동일한 시스템에 연결된 다른 전기 장비의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 유입형 전력 변압기의 경우 전압 왜곡으로 인해 코어 내 자속이 고르지 않게 분포될 수 있습니다. 이로 인해 코어와 권선에 국부적인 과열이 발생하여 절연체가 손상되고 변압기의 효율이 저하될 수 있습니다.

4. 공명

고조파는 전력 시스템에 공진을 일으킬 수도 있습니다. 공진은 회로의 고유 주파수가 고조파의 주파수와 일치할 때 발생합니다. 유침형 전력 변압기에서 공진으로 인해 과도한 전류 및 전압이 발생하여 변압기 및 시스템의 기타 장비가 손상될 수 있습니다. 공진은 또한 변압기에 기계적 진동을 발생시켜 변압기의 조기 고장을 초래할 수 있습니다.

5. 변압기 용량 감소

손실 증가와 고조파로 인한 과열 가능성으로 인해 유침형 전력 변압기의 유효 용량이 감소합니다. 정상적인 조건에서 특정 부하에서 작동하도록 설계된 변압기는 고조파가 존재할 때 동일한 부하를 처리하지 못할 수도 있습니다. 이는 전력 수요를 충족하기 위해 추가 변압기가 필요할 수 있으며, 이는 전력 시스템 비용을 증가시킨다는 것을 의미합니다.

전력 시스템의 고조파 원인

앞서 언급했듯이 비선형 부하는 전력 시스템에서 고조파의 주요 원인입니다. 일반적인 비선형 하중에는 다음이 포함됩니다.

• 가변 속도 드라이브(VSD): VSD는 모터 속도를 제어하기 위해 산업 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 그들은 전력 전자 장치를 사용하여 AC 전력을 DC로 변환한 다음 가변 주파수에서 다시 AC로 변환합니다. 이 프로세스는 전력 시스템에 고조파를 도입합니다.
• 전력전자: 정류기, 인버터, 스위치 모드 전원 공급 장치와 같은 장치는 모두 비선형 부하입니다. 이는 비정현파 방식으로 전류를 끌어와 고조파를 생성합니다.
• 형광등: 형광등은 비선형 부하인 전자식 안정기를 사용합니다. 또한 전력 시스템의 고조파 생성에도 기여합니다.

완화 전략

침수형 전력 변압기에 대한 고조파의 영향을 완화하기 위해 다음과 같은 몇 가지 전략을 사용할 수 있습니다.

1. 필터링

고조파 필터를 사용하면 전력 시스템의 고조파 수준을 줄일 수 있습니다. 고조파 필터에는 수동 필터와 능동 필터의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 패시브 필터는 커패시터, 인덕터 및 저항기로 구성되며 고조파에 대한 낮은 임피던스 경로를 제공하도록 설계되었습니다. 반면에 능동 필터는 전력 전자 장치를 사용하여 고조파 전류와 같거나 반대인 전류를 주입하여 상쇄합니다.

2. 변압기 설계

변압기는 고조파에 대한 저항력을 높이도록 설계할 수 있습니다. 예를 들어, 더 큰 코어 크기를 사용하면 고조파로 인한 코어 손실을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 단면적이 더 큰 도체를 사용하면 표피 효과와 근접 효과로 인한 구리 손실을 줄일 수 있습니다.

3. 부하관리

전력 시스템의 비선형 부하를 관리함으로써 고조파 수준을 줄일 수 있습니다. 이는 역률 보정 장치를 사용하고, 최대 수요 기간 동안 비선형 부하의 사용을 제한하고, 비선형 부하의 크기를 적절하게 설정하고 설치함으로써 수행할 수 있습니다.

결론

고조파는 코어 및 구리 손실 증가, 전압 왜곡, 공진 및 변압기 용량 감소를 포함하여 유침형 전력 변압기에 상당한 영향을 미칩니다. 공급자로서기름에 잠긴 전력 변압기, 우리는 변압기의 안정적이고 효율적인 작동을 보장하기 위해 고조파 문제를 해결하는 것이 중요하다는 것을 이해합니다.

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참고자료

• J. Arrillaga, NR Watson 및 PS Bodger, 전력 시스템 고조파, John Wiley & Sons, 1985.
• CL Sullivan, "전력 시스템의 고조파: 원인, 영향 및 완화", IEEE Power Engineering Review, vol. 20, 아니. 10, pp. 27 - 31, 2000.
• IEEE 표준 519 - 2014, 전력 시스템의 고조파 제어에 대한 IEEE 권장 사례 및 요구 사항.