개념 한 쪽
계통에는 기본파 외에 기본파의 정수배 주파수인 고조파가 섞여 들어온다. 전력용 콘덴서는 고조파를 잘 통과시키므로 고조파가 몰려 과열·파손 문제가 생길 수 있다. 콘덴서에 직렬리액터를 넣어 고조파를 억제하는 원리와 용량 계산이 이 개념의 핵심이다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「고조파 공진조건」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 직렬리액터 제거 대상 고조파 | 1 | 콘덴서 직렬리액터로 억제되는 고조파의 차수를 가리기 |
| 리액터 설치 용량 백분율 | 1 | 제5고조파 제거용 직렬리액터의 표준 설치 용량 비율을 가림 |
| 리액터 최소 용량 계산 | 1 | 콘덴서 용량에 이론 최소 백분율을 곱해 용량을 구하기 |
전력용 콘덴서를 계통에 그냥 투입하면 계통에 섞여 있는 고조파, 특히 제5고조파(기본파의 5배 주파수 성분)를 콘덴서가 빨아들여 파형 왜곡·기기 과열 문제가 생긴다. 고조파와 공진하면 고조파가 오히려 커지는 확대 현상도 나타난다.
이를 막으려고 콘덴서와 직렬로 리액터(코일)를 넣는다. 직렬리액터를 달면 제5고조파 영역에서 회로가 유도성으로 동작해 고조파가 콘덴서로 몰려들지 않으며, 공진도 피할 수 있다.
용량 기준은 두 가지로 구분한다. 제5고조파를 차단하려면 회로가 유도성이 되어야 하는데, 리액터 용량은 콘덴서 용량의 이론상 최소 4% 이상이어야 한다. 실제 계통은 전원 임피던스가 변동하고 여유가 필요하므로, 실무 표준은 콘덴서 용량의 5~6%다.
계산 문제는 % 규칙만 알면 풀린다. 문제에서 '최소'를 물으면 이론값 4%를, 표준값을 물으면 5~6%를 곱한다.
용량 150kVA인 전력용 콘덴서에서 제5고조파를 막고자 할 때 필요한 직렬리액터의 최소 용량을 구해 본다. 최소는 이론값이므로 4%를 쓴다.
150kVA × 0.04 = 6kVA
'최소'가 아닌 표준 설치 용량을 묻는 문제는 5~6%를 적용한다. 이론 최소 4%와 실무 표준 5~6%를 혼동하지 않도록 문제의 물음을 잘 확인해야 한다.
전력계통의 전력용 콘덴서와 직렬로 연결하는 리액터로 제거되는 고조파는?
정답 ④ · 전력용 콘덴서에 직렬로 리액터를 연결하는 이유는 계통에 존재하는 제5고조파를 억제하기 위함이다. 콘덴서와 리액터의 직렬공진을 피하면서 제5고조파에 대해 유도성으로 동작하도록 통상 콘덴서 용량의 약 4~6%(표준 5%, 이론상 4% 초과) 크기의 리액터를 설치한다.
전력용 콘덴서에 직렬 리액터(콘덴서 용량의 약 5%)를 붙이면 제5고조파를 억제한다.
제5고조파를 제거하기 위하여 전력용 콘덴서 용량의 몇 %에 해당하는 직렬 리액터를 설치하는가?
정답 ② · 제5고조파 제거용 직렬리액터의 이론상 최소 용량은 콘덴서 용량의 4%이나, 설비 여유와 전원 임피던스 변동을 고려하여 실제로는 5~6%를 표준으로 채택한다. 암기팁: "이론 4%, 실제 5~6%".
제5고조파 제거용 직렬 리액터는 이론 4%, 실제 콘덴서 용량의 5~6%가 표준이다.
150kVA 전력용 콘덴서에 제5고조파를 억제시키기 위해 필요한 직렬리액터의 최소 용량은 몇 kVA 인가?
정답 ④ · 제5고조파 공진을 막기 위한 직렬리액터의 이론적 최소 용량은 콘덴서 용량의 4%이다. .
제5고조파 억제용 직렬리액터 최소 용량은 콘덴서 용량의 4%다: 150kVA×0.04=6kVA.
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