고조파? 변압기가 과열되고 빠르게 노화될 수 있습니다.
이 보고서는 귀사의 배전 시스템에 대한 일일 전력 품질 모니터링 데이터 분석을 기반으로 작성되었습니다. 데이터에 따르면 시스템 내에서 상당한 3상 전류 고조파 왜곡(전류 총 고조파 왜곡, THDi)이 발생하고 있습니다. 국제 표준(IEC/IEEE)에 따르면 이 수준의 고조파 전류는 공급 변압기의 안전하고 신뢰성 있으며 경제적인 운영에 큰 위험을 초래하며, 주로 추가 열 발생, 수명 단축, 심지어 변압기 손상 등의 형태로 나타납니다.
1. 테스트 데이터 개요
모니터링 파라미터: 3상 전류의 총 고조파 왜곡(A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)
모니터링 기간: 2025년 9월 8일 오후 4시부터 2025년 9월 9일 오전 8시까지 (루완다 시간)
데이터 소스: FLUKE 1732 Power Logger
모니터링 기간 동안 3상 전류의 총 고조파 왜곡(THDi)은 높은 수준(예를 들어, 지속적으로 약 60%)을 유지했습니다.
이 고조파 수준은 IEEE 519-2014 및 IEC 61000-2-2와 같은 국제 표준에서 권장하는 좋은 관행 범위(THDi < 5%)와 일반적으로 허용되는 범위(THDi < 8%)를 크게 초과합니다.
2. 고조파 전류가 변압기에 미치는 영향 메커니즘(문제 분석)
변압기는 순수 50Hz 사인파 전류를 기반으로 설계됩니다. 고조파 전류(특히 3차, 5차, 7차 고조파)는 두 가지 핵심 문제를 유발합니다:
두 배의 회오리 전류 손실: 변압기의 회로에서의 회오리 전류 손실은 전류 주파수의 제곱에 비례합니다. 고주파수 고조파 전류는 회오리 전류 손실을 급격히 증가시켜 기본 전류를 기반으로 한 설계 값보다 크게 초과합니다.
추가 열 발생 및 열 스트레스: 위에서 언급한 추가 손실은 열로 변환되어 변압기의 회로와 철심에서 이상적인 온도 상승을 초래합니다.
3. 국제 표준을 기반으로 한 위험 평가
IEC 60076-1 및 IEEE Std C57.110에 따른 비사인파 전류 하에서의 변압기 작동에 관한 규정에 따라 현재 고조파 수준이 변압기에 미치는 주요 위험은 다음과 같습니다:
위험 1: 가속화된 절연 노화 및 심각한 수명 단축변압기의 수명은 작동 온도에 직접적으로 결정됩니다. 경험 법칙에 따르면, 회로 온도가 지속적으로 6-10°C 증가할 때마다 절연 노화 속도는 두 배가 되며, 변압기의 예상 수명은 반으로 줄어듭니다. 장기간의 과열은 변압기 절연을 취약하게 만들고 결국 절연 파괴 결함을 초래합니다.
위험 2: 실제 부하 용량 감소(감정 필요)과열을 피하기 위해 현재 고조파 수준에서는 변압기가 정격 용량으로 작동할 수 없습니다. IEEE Std C57.110의 계산 방법에 따르면, 변압기는 감정(예를 들어, THDi가 12%일 때, 감정 계수가 0.92 또는 그 이하가 필요할 수 있음)이 필요합니다. 이는 정격 용량 1000kVA의 변압기가 실제 안전한 부하 용량이 920kVA 미만이 될 수 있음을 의미하며, 시스템의 용량 확장 가능성을 제한합니다.
위험 3: 변압기의 자기장 강도 증가전기 동력 공식 Et = 4.44 ⋅f⋅Φm(여기서 f는 주파수)에 따르면, 고조파는 고주파자기장을 생성하여 회로 도체에서 상당한 회오리 전류를 유발하고 국부적 핫 스폿과 과열을 초래합니다. 고조파의 과주파는 "증폭기" 역할을 합니다 — 고조파 자기장 Φmh의 진폭이 작더라도, 그 고주파 특성은 회전수 간 전기 동력을 h배로 증폭시킵니다. 이 증폭된 전기 동력은 특히 코일의 처음 몇 회전의 절연에 적용되어 국부적 과전압을 초래하고 절연 파괴 위험을 크게 증가시킵니다.
