전원 케이블의 고조파 영향

전원 케이블은 공급 소스에서 부하 지점까지 전원을 전달하며 크기에 따라 달라지는 DC 저항을 가지고 있습니다. 케이블을 통해 전류가 흐르면 열 손실(I^2R)이 발생합니다. 케이블의 열 손실은 케이블을 통해 흐르는 전류의 제곱에 비례하고 케이블 저항에 비례합니다. 고조파 전류는 I^2R증가로 인해 전원 케이블에 추가 가열을 일으킵니다.

 

 

 

케이블이 DC 전원을 전달하는 경우 케이블의 DC 저항은 변경되지 않습니다. 그러나 AC 전력 전송의 경우 주파수가 증가하고 전류가 증가함에 따라 저항이 증가합니다. 케이블의 AC 저항은 케이블의 DC 저항보다 높습니다. 따라서 케이블에 고주파 AC가 전달되는 경우 케이블 가열로 인한 전력 손실이 증가합니다.

 

 

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1. 전원 케이블에 대한 고조파의 영향

흐름은 전원 케이블에 대한 고조파의 악영향입니다.

1. 증가된 I^2R 손실
2. RMS 전류 및 손실 증가
3. 과전압
4. 케이블 디레이팅

 

 

 

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1)  증가된 I^2R 고조파로 인한 손실

고조파 전류의 크기가 증가하면 전류의 RMS 값이 증가합니다. 고조파가 풍부한 공급 시스템에서 케이블 손실은 두 가지 이유로 증가합니다.

• 고조파로 케이블 저항 증가
• 고조파로 인한 RMS 전류 증가

 

2) 고조파로 인한 RMS 전류 증가

고조파 전류 파형은 정현파가 아닙니다. 푸리에 시리즈에 따르면 비정현파 파형은 정현파 파형의 정현파 배수와 적분 배수로 분해될 수 있습니다. 기본 주파수의 적분 배수는 고조파로 알려져 있습니다. 예를 들어, 아래와 같이 비정현파 전류 파형을 취합니다.

 

 

 

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이러한 종류의 전류 파형에는 고조파가 포함되어 있습니다. 이 파형을 합성하면 고조파의 크기는 다음과 같습니다.

 

 

 

전류 파형의 고조파 스펙트럼은 다음과 같습니다.

 

 

 

 

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비정현파 전류 파형의 RMS 값은 고조파 전류를 고려하여 계산할 수 있습니다.

 

 

 

I1 = 기본 전류
I5 = 5차 고조파 전류
I7 = 7차 고조파 전류
I11= 11차 고조파 전류

 

전류의 RMS 값은 기본 RMS 전류의 5%만큼 증가합니다. 기본 전류가 100암페어이고 부하가 공급 소스에서 고조파 전류를 끌어오는 경우 흐르는 총 전류는 105암페어가 됩니다. 고조파 전류로 인한 전류 증가는 케이블에서 10%의 추가 전력 손실을 유발합니다. 전원 케이블은 케이블을 통해 흐르는 고조파 전류에 따라 감소되어야 합니다.

 

특정 부하에 대한 케이블을 선택할 때 고조파 전류를 고려해야 합니다.

전력 손실 증가에 기여하는 또 다른 요인은 케이블의 AC 저항자세입니다. 고조파 전류는 -250Hz, 350Hz, 550Hz 등의 더 높은 주파수를 갖습니다. 더 높은 주파수에서 전류는 도체의 외부 표면에 흐르는 경향이 있습니다. 이러한 현상을 스킨 효과(SKIN EFFECT)라고 합니다.

 

유효 저항은 전력 케이블이 고주파 전류를 전달할때 증가합니다.전원 케이블의 AC 저항은 표피 효과와 근접 효과로 인해 항상 DC 저항보다 큽니다. 스킨 효과는 주파수에 비례하고 근접 효과는 주파수의 제곱에 비례합니다. 따라서 고조파 전류를 전달하는 도체의 유효 저항이 증가합니다.

 

 

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3) 고조파로 인한 과전압

역률 보정을 위해 설치된 커패시터 뱅크가 변압기의 인덕턴스와 공진하면 공진 현상으로 인해 시스템 전압이 상승할 수 있습니다. 이 상태에서 전원 케이블에 전압 스트레스가 발생하고 케이블 절연이 실패할 수 있습니다.

 

4) 케이블 경감

케이블 크기를 조정하는 동안 고조파로 인한 가열 효과를 고려해야 합니다. IEEE519에 따른 일반적인 경감 곡선은 6-펄스 고조파 분포를 위한 여러 케이블 크기에 대해 표시되었습니다.