총 고조파 왜곡(THD-Total Harmonic Distortion)

고조파란

고조파는 기본 주파수의 정수 배수입니다. 예를 들어, 기본 주파수가 50Hz인 경우 2차 주파수는 150Hz, 3차 주파수는 150Hz, 4차 주파수는 200Hz입니다.

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고조파는 전압 파형에 왜곡을 일으켜 최악의 경우 설비 과열이나 장비 손상과 같은 사고로 이어질 수 있습니다. 안전상의 이유로 가능한 한 적은 수의 고조파를 사용하는 것이 좋습니다.

 

고조파의 원인

이상적인 AC 전원 공급 장치 파형은 노이즈가 없는 순수한 50Hz 또는 60Hz 사인파입니다. 그러나 안타깝게도 현실적으로 이상적인 AC 전원을 갖추는 것은 어렵습니다. 이는 때때로 우리가 사용하는 부하가 AC 전원 공급 장치 파형에 왜곡을 일으키기 때문입니다.

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왜곡은 전기 모터 및 산업용 사이리스터용 인버터와 같은 전력 변환 장치에 의해 발생합니다. 일반적으로 VFD라고 하는 장치가 그 중 하나입니다. 인버터는 전압과 주파수를 적절한 값으로 변환하여 모터의 속도를 조절합니다. 이를 통해 장비의 작동 방식을 미세 조정할 수 있습니다. 에너지 소비를 줄이고 출력 제어를 개선하는 데 도움이 될 수 있지만 고조파의 소스이기도 합니다.

 

THD(Total Harmonic Distortion)란?

THD는 기본 성분에 대한 전체 고조파 성분의 비율입니다. 구체적으로는 다음과 같은 계산식으로 표현된다. 분자는 두 번째 순서부터 시작하는 각 순서의 RMS 값의 합입니다. 분모는 기본 파형의 rms 값입니다.

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THD는 전원 공급 장치의 파형에 존재하는 고조파를 쉽게 이해하기 위한 지표로 사용할 수 있습니다. 파형 왜곡을 단일 값으로 표현합니다. 따라서 THD는 전원 공급 장치의 고조파를 평가하는 매개변수 중 하나로 사용할 수 있습니다.

 

THD 관련 표준

IEC61000-3-2, EN50160 및 IEEE 519와 같은 표준은 각 차수의 고조파 함량 및/또는 THD에 대한 제한을 지정합니다. 이러한 제한은 전원 공급 장치 전압, 기기의 정격 전류 등과 같은 여러 범주로 분류됩니다. 전압의 THD 값은 일반적으로 1%에서 10% 미만입니다. 전류는 고조파가 많을 때 값이 100%를 초과할 수 있습니다. 표 1은 EN 50160 표준의 권장 값을 보여줍니다.

 

표 1 EN 1000에 의한 50160V 미만 시스템의 전압 고조파 함량 제한

Order	Limit Value
THD	8.0%
2	2.0%
3	5.0%
4	1.0%
5	6.0%
6	0.5%
7	5.0%
9	1.5%
11	3.5%

 

고조파의 효과

고조파는 전력이 사용되는 현장뿐만 아니라 전력을 둘러싼 건물에도 영향을 미칠 수 있습니다. 이것은 대형 전력 장비를 갖춘 시설이 사용되는 공장 및 공장과 같은 장소에서 특히 그렇습니다. 전력 변환 장치를 설치할 때 장치에서 발생하는 고조파의 영향을 확인하는 것이 좋습니다. 고조파의 영향이 악화될 우려가 있는 경우 고조파의 영향을 줄이기 위해 원자로 및 수동 필터와 같은 장비를 설치해야 할 수도 있습니다.

 

- Hioki의 전력 품질 분석기(THD 및 고조파 측정)