고조파는 왜 생기고 설비에 어떤 영향을 주나요?

핵심 답변

고조파는 기본 주파수(60 Hz)의 정수배 주파수를 가진 전류·전압 성분입니다. 인버터·UPS·컴퓨터 전원·LED 조명 드라이버처럼 전력전자 회로가 들어간 기기는 전압은 사인파로 받아도 전류를 일그러진 모양으로 끌어 쓰는데, 이 일그러짐을 주파수별로 나눈 것이 고조파 전류입니다. 고조파 전류는 같은 일을 하면서 실효전류를 키워 전선·변압기를 더 뜨겁게 만들고, 3배수 고조파는 중성선에 모이며, 역률 개선 콘덴서와 공진을 일으켜 과열·고장을 부를 수 있습니다. 전압까지 일그러지면 제어기기와 보호계전기가 오동작하기도 합니다.

원리 이해

전류가 공급 전압과 같은 사인파 모양이 아닐 때 그 부하를 '비선형 부하'라고 합니다. 일그러진 주기 파형은 기본파와, 기본파의 정수배 주파수를 가진 사인파(고조파)의 합으로 나타낼 수 있고, 기본파의 h배 주파수 성분을 h차 고조파라고 부릅니다^[1]. 고조파 전류가 공급 계통의 임피던스를 지나면 그만큼 전압 강하가 생겨 전압 파형도 일그러집니다^[2].

얼마나 일그러졌는지는 종합고조파왜형률(THD)로 나타냅니다. 전류 THD가 있으면 실효전류는 '기본파 전류 × √(1 + THD²)'이 되어 기본파만 있을 때보다 커지고, 그 제곱에 비례하는 발열도 늘어납니다^[3].

고조파를 만드는 기기

이런 전력전자 부하는 산업·상업·주거 설비 모두에서 늘고 있습니다^[2].

설비에 주는 영향

확인 순서

1. 관리자 인버터·UPS·LED 조명 등 비선형 부하가 어느 분전반에 얼마나 있는지 목록으로 정리합니다.
2. 자격자 전력품질 분석기로 수전단과 주요 간선의 전류 THD·전압 THD와 차수별 크기를 잽니다. 'True RMS' 계측기가 아니면 실효전류를 작게 읽을 수 있습니다.
3. 관리자 3차 성분이 크면 중성선 전류를, 5·7차가 크면 콘덴서 뱅크와 변압기 온도를 함께 확인합니다.
4. 자격자 콘덴서 퓨즈 용단·부풂·이상음, 변압기 소음과 온도 상승을 점검합니다.
5. 자격자 대책(리액터·필터·부하 분리)은 측정 결과를 바탕으로 설계 검토 후 진행합니다.

한전 기본공급약관 제39조는 고객이 현저한 파형 왜곡이나 고조파를 발생시켜 다른 고객의 전기 사용을 방해하거나 한전 설비에 지장을 줄 우려가 있으면, 고객 부담으로 한전이 인정하는 조정장치나 보호장치를 설치하도록 정하고 있습니다^[4].

하지 말아야 할 것

• 고조파가 많은 설비에서 고조파 확인 없이 콘덴서만 늘리지 마세요. 공진으로 콘덴서와 변압기가 과열될 수 있습니다.
• 평균값 방식 계측기의 전류값으로 전선·차단기 여유를 판단하지 마세요.
• 고조파 부하가 많은 회로의 중성선을 선도체보다 가늘게 쓰지 마세요.

관련 기준과 근거

• 한전 기본공급약관 제39조 — 현저한 파형 왜곡·고조파 발생 시 고객 부담의 조정·보호장치 시설^[4]
• 고조파의 정의·발생 원인·영향 — 제조사 기술 가이드^[1·2·3]

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