하수처리시설의 고조파(Harmonics) 분석
하수처리시설의 고조파(Harmonics) 분석
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  • 승인 2010.09.20 11:30
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한국환경공단 호남지역본부 기술지원팀 송동훈
한국환경공단 호남지역본부 기술지원팀 송동훈


1. 개요
고조파는 기본파형(상용주파수 60[㎐])에 대한 정수배인 주파수의 정현파를 총칭하여 이르며 종합고조파 왜형률을 계산하여 백분율로 표시하며 고조파를 유발하는 설비들은 다음 표<1>과 같다.

<표 1> 고조파를 발생하는 설비

※ 하수처리장 고조파 다량발생기기 : 전력변환장치(inverter, converter, ups, 정류기 등)
※ 하수처리장 고조파 다량발생기기 : 전력변환장치(inverter, converter, ups, 정류기 등)

수(하수, 폐수, 분뇨 등) 처리장에서의 고조파는 인버터 등 가변범위가 넓고 빈번하며 지속성을 가지고 있어 계측기 등 다른 기기나 전선로에 영향을 끼치므로 적정한 범위로 제한하는 것이 필요하다.
구체적인 악영향 사례로서는 일반적인 현상이겠지만 변압기의 손실증가로 인한 용량감소와 발열 및 소음, 케이블 및 콘덴서와 리액터 등의 과열과 소음을 유발하고 차단기․개폐기․계전기․기타전자장비 등의 오동작을 발생하게 한다.
최근 환경기초시설에서는 Inverter 등 가변형 전력변환장치의 사용이 증가하면서 원인파악이 곤란한 이상현상(설비고장, 계측값 Hunting 등)이 발생하는 등 고조파로 추정되는 계통의 이상이나 피해도가 증가하고 있는 추세이다.
환경기초시설에서 고조파 발생을 일으키는 설비별로 측정장비를 통해 상호 비교하여보면 설비별 평균 전류고조파의 경우 정류기가 100~130[A %THD]로 가장 많았고 다음으로 인버터가 75~85[A %THD], 무정전전원설비가 20~30[A %THD]로 한국전력공사가 권장하는 고조파의 평균값인 6[A %THD](저압 송배전계통)와 비교하면 상당히 높게 발생하고 있는 것으로 측정되었다.

<표> 환경기초시설 고조파 발생 설비별 측정결과 비교

2. 외국(일본) 관리 사례일본의 경우는 고조파 억제 가이드라인을 정하여 저압의 경우는 인버터 등 고조파 발생 설비가 설치되는 경우 입력측에 입력리액터나 직류리액터를 설치하도록 권장하고 있으며 그 용량은 단상 100[v]의 경우 0.75[kw]이하, 단상 200[v] 2.2[kw]이하, 삼상 200[v] 3.7[kw]이하로 규정하고 있다. 3. 우리나라 하수처리시설 고조파 측정 및 분석2009년 하수처리시설 중 일부시설(10개소)에 대해 고조파를 측정한 결과 전압고조파 평균은 2.09[v %thd], 전류고조파 평균은 11.03[a %thd]로 낮은 data가 측정되어 우리나라 하수처리시설은 비교적 고조파에 대해 다소 안정적인 것으로 나타났다.일반적으로 우리나라에서 적용하고 있는 고조파 기준으로는 전압 3[v %thd], 전류 6[a %thd]로
2. 외국(일본) 관리 사례일본의 경우는 고조파 억제 가이드라인을 정하여 저압의 경우는 인버터 등 고조파 발생 설비가 설치되는 경우 입력측에 입력리액터나 직류리액터를 설치하도록 권장하고 있으며 그 용량은 단상 100[v]의 경우 0.75[kw]이하, 단상 200[v] 2.2[kw]이하, 삼상 200[v] 3.7[kw]이하로 규정하고 있다. 3. 우리나라 하수처리시설 고조파 측정 및 분석2009년 하수처리시설 중 일부시설(10개소)에 대해 고조파를 측정한 결과 전압고조파 평균은 2.09[v %thd], 전류고조파 평균은 11.03[a %thd]로 낮은 data가 측정되어 우리나라 하수처리시설은 비교적 고조파에 대해 다소 안정적인 것으로 나타났다.일반적으로 우리나라에서 적용하고 있는 고조파 기준으로는 전압 3[v %thd], 전류 6[a %thd]로 "한국전력공사의 전기공급약관 66[kv]이하"의 적용을 준용한다.(저압계통 전압고조파 기준은 미국 ieee519 권고치 참고)


2. 외국(일본) 관리 사례
일본의 경우는 고조파 억제 가이드라인을 정하여 저압의 경우는 인버터 등 고조파 발생 설비가 설치되는 경우 입력측에 입력리액터나 직류리액터를 설치하도록 권장하고 있으며 그 용량은 단상 100[V]의 경우 0.75[kW]이하, 단상 200[V] 2.2[kW]이하, 삼상 200[V] 3.7[kW]이하로 규정하고 있다.
3. 우리나라 하수처리시설 고조파 측정 및 분석
2009년 하수처리시설 중 일부시설(10개소)에 대해 고조파를 측정한 결과 전압고조파 평균은 2.09[V %THD], 전류고조파 평균은 11.03[A %THD]로 낮은 Data가 측정되어 우리나라 하수처리시설은 비교적 고조파에 대해 다소 안정적인 것으로 나타났다.
일반적으로 우리나라에서 적용하고 있는 고조파 기준으로는 전압 3[V %THD], 전류 6[A %THD]로 "한국전력공사의 전기공급약관 66[kV]이하"의 적용을 준용한다.(저압계통 전압고조파 기준은 미국 IEEE519 권고치 참고)

<표> 하수처리시설 고조파 발생현황(10개소)

그림> 하수처리시설 고조파 발생 현황
그림> 하수처리시설 고조파 발생 현황


4. 고조파 저감방법
일반적으로 하수처리장에 고조파가 많이 함유되어 전력계통에 문제가 야기되는 경우라면 크게 2가지로 대안을 세워야 한다.
첫째로 고조파를 발생하는 기기로부터 고조파 전류를 분류시켜 유출전류를 저감시키는 방법과, 두 번째로 기기로부터 발생되는 고조파 전류를 직접 저감하는 방법으로 분류할 수 있으며 알려진 세부적인 대책으로는 리액터(ACL, DCL) 및 MSF(Micro Surge Filter) 설치, 콘덴서 설치(고압측이나 저압측), 변환기 다펄스화(정류기 다상화), 컨버터 PWM 방식채용, 위상변위(Phase Shift TR 설치), 저감필터(Filter) 설치{수동 Filter(Passive Filter) 및 능동 Filter(Active Filter)}, 계통분리 등을 들 수 있으며 이중 정확한 원인을 파악하여 걸맞은 처방을 하여야 한다.

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