전력 품질 — 기술 개요
전압 편차, 파형 왜곡, 및 공급 연속성: 유틸리티 엔지니어링 관점에서 설명되는 PQ 현상의 전체 스펙트럼.
01 전력 품질이란 무엇입니까??
용어 전력 품질 (PQ) 이, 엄밀히 말하면, 잘못된 이름. 학문 분야가 실제로 설명하는 것은 전압의 품질 로드로 전달 — 열역학적 의미에서의 전력이 아님. 유효 전력은 단순히 에너지 전달 속도입니다.; 부하에 의해 유입되는 전류는 부하 자체의 임피던스에 의해 크게 결정되므로 유틸리티의 직접 제어 범위를 벗어납니다.. 전압, 대조적으로, 공급 시스템이 제공하는 것입니다, IEC 및 IEEE 표준이 측정하고 규제하는 것은 전압입니다.. Dugan 등. 메모, 그것은 전압의 품질이다 — 힘이나 전류보다는 — 전력 품질이라는 용어가 실제로 설명하는 것은. [1]
실제 정의는 IEC에서 나옵니다. 61000-4-30, PQ를 측정 가능한 전압 매개변수 세트로 구성합니다. — 크기, 회수, 파형 모양, 3상 대칭 — 정의된 측정 지점에서 지정된 한계에 대해 평가됨. [2] IN 50160 보완적인 접근 방식을 취합니다: 이는 정상적인 작동 조건에서 고객 공급 단자의 전압을 특성화하고 해당 특성이 유지될 것으로 예상되는 통계적 한계를 명시합니다.. [3] 두 프레임워크 모두 동일한 기본 엔지니어링 현실을 반영합니다.: 품질은 사양에 따라 정의됩니다., 추상적이 아닌.
이상적인 전원은 정격 주파수의 순수 정현파입니다., 모든 주파수에서 소스 임피던스가 0이고 완벽한 3상 대칭을 갖습니다.. 실제로, 이 조건 중 어느 것도 완전히 충족되지 않습니다.. 전력 품질 엔지니어링 분야는 이러한 이상과의 편차와 장비 및 산업 프로세스에 대한 결과를 체계적으로 연구하는 것입니다..
02 전력 품질 현상
PQ 교란은 일반적으로 시간 규모에 따라 분류됩니다., 그들의 스펙트럼 내용, 그리고 그것이 연속적인지 여부 (정상상태) 또는 이벤트 중심. IEEE 표준 1159 뼈대 [4] 그리고 IEC 61000-2-5 전자기 환경 분류 [5] 이 축을 따라 현상을 조직화. 아래 카드는 각 현상을 자세히 조사하기 전에 방향 지도를 제공합니다..
화성학
비선형 하중에 의해 주입된 기본파의 정수배. 과열의 원인, 공명, 측정 오류. THD 및 개별 고조파 차수로 특징지어짐 h = 2, 3, 5, 7…
전압 Sags & 부풀다
단기간 감소 (달리다) 또는 증가 (팽창) RMS 전압. 처짐은 산업 공정에서 가장 빈번하고 경제적으로 중요한 PQ 이벤트입니다..
깜박임
반복적인 전압 변동으로 인해 감지할 수 있는 램프 휘도 변화가 발생합니다.. 단기 심각도 P로 정량화됨세인트 그리고 장기 P그건 IEC당 인덱스 61000-4-15.
과도현상 & 충동
번개로 인한 하위 사이클 전압 스파이크, 스위칭 작업, 또는 커패시터 에너지 공급. 피크 진폭은 공칭 파고 전압의 몇 배에 도달할 수 있습니다..
전압 불평형
3상 전압 크기 또는 각도의 불평등. A 2% 역순 불균형이 발생할 수 있음 8% 이상 유도 전동기의 권선 온도 상승.
주파수 편차
명목상의 출발 50 또는 60 Hz에서. 대규모 상호 연결된 그리드에서는 드물다; 높은 재생 가능 보급률 및 관성이 낮은 섬형 마이크로그리드와 점점 관련성이 높아짐.
방해
완전한 전압 손실, 순간적으로 분류됨 (<3 에스), 일시적인 (3 에스–1 나의), 또는 지속 (>1 나의) IEEE 표준으로 1159. 프로세스 종료 및 장비 재시작 문제 발생.
초고조파
2의 방해–150 높은 스위칭 주파수 전력 전자 변환기에서 방출되는 kHz 범위. IEC TR에 따른 새로운 우려 사항 63227 및 CISPR 표준.
다음 섹션에서는 각 범주를 자세히 다룹니다.: 물리적 기원, 주요 표준 한도, 장비 및 프로세스에 대한 실질적인 결과.
03 화성학
부하가 정현파 공급 장치에서 비정현파 전류를 끌어올 때마다 고조파 왜곡이 발생합니다.. 푸리에의 정리에 의해, 모든 주기적인 파형은 시스템 주파수에 정수배를 더한 기본 구성 요소로 분해될 수 있습니다. — 화성학 — 2층에, 3에프, 4에프, 등. [6] 3상 시스템에서, 삼중 고조파 (3회, 9일, 15일…) 제로 시퀀스로 순환하고 중성선에 산술적으로 추가합니다.; 5번째와 7번째가 음수를 지배합니다.- 및 포지티브 시퀀스 스펙트럼은 각각 대부분의 산업 네트워크에서 주요 관심사입니다..
소스
오늘날 유통 네트워크의 주요 소스는 전력 전자 변환기입니다.: 가변 주파수 드라이브의 6펄스 정류기 (VFD를) 그리고 무정전 전원공급장치, IT 장비의 스위치 모드 전원 공급 장치, 아크로, 전자식 안정기를 이용한 형광등. 기존 6펄스 정류기는 6k 차수에서 특징적인 전류 고조파를 끌어냅니다. ± 1 (5일, 7일, 11일, 13일…) 이상적인 전류 소스 부하에 대해 대략 1/h만큼 떨어지는 크기. [7] 상호 고조파 — 기본의 정수가 아닌 배수에서 — 사이클로컨버터에 의해 생산됩니다., 유도 가열 장비, 혼란스러운 용해 단계의 아크로.
장비에 대한 결과
네트워크 임피던스를 통해 흐르는 고조파 전류는 연결된 모든 장비의 공급 전압을 왜곡하는 고조파 전압 강하를 생성합니다.. 커패시터 뱅크는 고조파 주파수에서 낮은 임피던스를 나타내며 과부하 및 고장에 취약합니다.; 라인 인덕턴스와 결합하여 특정 고조파를 다음과 같이 증폭하는 병렬 공진 회로를 형성할 수 있습니다. 10 공진 주파수 이상. 유도 전동기는 고조파 전류의 제곱에 비례하여 추가 철 및 구리 손실이 발생합니다.. 비선형 부하를 공급할 때 변압기의 정격 감소가 필요할 수 있음 — K-인자 평가 시스템 (ANSI/IEEE C57.110) 이 평가에 대한 정량적 기반을 제공합니다.. [8] 전압 교차 알고리즘을 사용하는 전자 에너지 계량기는 왜곡된 전압 조건에서 상당한 계량 오류를 등록할 수 있습니다..
한계 및 표준
IEEE 표준 519-2022 공통 커플링 지점에서 고조파 전류 제한을 설정합니다. (PCC) 단락 비율 I의 함수로SC/나는L. 공급 연결이 약한 고객 (낮은 비율) 고조파 주입이 공유 네트워크에서 비례적으로 더 큰 전압 왜곡을 생성하기 때문에 더 엄격한 제한에 직면합니다.. [9] IN 50160 개별 전압 고조파를 5로 제한–6% 저차 구성 요소에 대해 전체 THD를 설정합니다.에 천장 8% 정상 작동 조건에서 LV 공급 단자에서. [3] IEC 61000-4-7 표준은 DFT 기반 측정 방법을 지정합니다., 그룹화 및 집계 규칙 포함, 비교 가능한 결과를 생성하기 위해 도구를 구현해야 하는 경우. [10]
04 전압 Sags, 부풀다, 및 중단
전압 처지 (IEC: 전압 강하) RMS 전압의 단기 감소는 다음과 같습니다. 10% 과 90% 명목 가치의, 반주기에서 1분까지 지속. [4] 전압 강하는 제조 및 공정 산업에서 경제적으로 가장 중요한 PQ 장애입니다.. EPRI와 CEIDS의 연구에 따르면, $119 과 $188 10억, 전압 강하가 가장 큰 부분을 차지함. [11]
전압 강하의 기원
대부분의 전압 강하는 배전 또는 전송 네트워크의 단락 오류로 인해 발생합니다.. 단일 선-접지 오류는 오류에 전기적으로 가까운 모든 버스바의 위상 전압을 저하시킵니다. — 동일한 변전소의 인접한 피더에서 전력을 공급받는 고객 포함. 특정 고객이 보는 유지 전압은 오류 위치와 측정 지점 사이의 임피던스 비율에 따라 달라집니다.: 강한 모선에 전기적으로 가까운 고객 (대형 단락 MVA) 연결된 피더의 결함에 대해 더 얕은 처짐을 확인하십시오.. 대형 모터 시동 및 변압기 전원 공급도 강하를 발생시킵니다., 일반적으로 크기가 더 작고 지속 시간도 더 짧습니다..
특성화 및 장비 허용 오차
A sag is characterised by its retained voltage (as a percentage of nominal) and its duration. The ITIC curve (formerly CBEMA), developed by the Information Technology Industry Council, and the SEMI F47 standard define equipment voltage tolerance envelopes: minimum retained voltages as a function of duration that equipment must withstand without process interruption. [12] Three-phase sags are further classified by type — Type A through Type G in the Bollen classification [13] — depending on how the fault propagates through transformer connections and which phases are affected at the measurement point. A Type A sag (all three phases equally depressed) results from a three-phase fault or from a single-phase fault seen through a delta winding; many other types affect only one or two phases.
부풀다
전압 팽창은 RMS 전압이 단기간 동안 증가하는 것입니다. 110% 공칭의. 임피던스가 높거나 접지되지 않은 중성선이 있는 시스템에서 단상 오류가 발생하는 동안 오류가 없는 위상에서 스웰이 발생합니다., 결함이 있는 위상 저하가 사운드 위상을 높이는 중립 변위를 동반하는 경우. 단단히 접지된 시스템에서, 단상 오류 중 상-지간 전압 상승은 제로 시퀀스 네트워크에 의해 제한되며 라인-중성점에 연결된 장비에서는 거의 중요하지 않습니다..
방해
전압의 완전한 손실은 중단으로 분류됩니다.. IEEE 표준 1159 순간을 구별하다 (<0.5 주기), 순간적인 (0.5 에 사이클 3 에스), 일시적인 (3 ~에게 1 나의), 그리고 지속 (>1 나의) 중단. 일시적인 중단은 일반적으로 분배 피더의 자동 재폐쇄 작업으로 인해 발생합니다.; 대부분의 경우 첫 번째 재폐로 시 아크 결함이 사라지고 공급이 1시간 내에 복원됩니다. 0.5 에 1.5 에스. Sustained interruptions require a switching operation or crew restoration and are tracked through utility reliability indices (SAIDI, SAIFI, CAIDI).
05 전압 변동 및 플리커
Voltage fluctuations are rapid, repetitive variations in rms voltage that — when they modulate the luminous flux of incandescent lamps — produce a perceptible and physiologically irritating phenomenon known as 깜박임. The human visual system is most sensitive to luminance variations at approximately 8.8 Hz에서; a sinusoidal voltage fluctuation of only 0.3% at this frequency is sufficient to cause perceptible flicker on a standard 60 W incandescent lamp under laboratory conditions. [14]
소스
Arc furnaces are the classic industrial flicker source. During the melting phase, the arc impedance fluctuates randomly and rapidly as the electrode position varies, PCC에서 해당 전압 강하를 생성하는 무효 전류의 버스트를 끌어옵니다.. 아크 동작의 무작위 특성은 결과적인 전압 변동 스펙트럼이 단일 주파수에 집중되지 않고 광대역임을 의미합니다., 시각 시스템의 민감한 주파수 범위를 자극하는 데 특히 효과적입니다.. 다른 소스에는 대형 모터 시동이 포함됩니다., 아크 용접기, 토크 수요가 변동하는 압연기, 과 — 유통 피더에 — 타워 그림자와 난류가 블레이드 통과 주파수에서 주기적인 변동을 생성하는 고정 속도 풍력 터빈.
측량: 피세인트 와 P그건
IEC 깜박임계 표준 (IEC 61000-4-15) 램프를 모델링하는 신호 처리 체인을 정의합니다.–눈–뇌 전달 기능을 제공하고 두 가지 지표를 전달합니다.. [14] 단기 깜박임 심각도 P세인트 10분의 관찰 기간 동안 평가됩니다.; 장기 심각도 P그건 는 12개의 연속적인 P에서 파생됩니다.세인트 3차 평균을 사용한 값, 2시간 평가 제공. IN 50160 P 세트세인트 ≤ 1.0 와 P그건 ≤ 0.8 공급 단자의 정상 한계로. [3] AP세인트 으로 1.0 에 대한 지각 임계값으로 정의됩니다. 50% 표준의 참조 조건 하에서 관찰자의 수.
06 과도현상과 임펄스
과도 과전압은 진폭이 공칭 파고 전압을 크게 초과할 수 있는 하위 주기 전압 교란입니다.. 위에서 설명한 정상상태 및 단기 현상과 달리, 과도 현상은 rms 값으로 유용하게 특성화되지 않습니다.: 그들의 에너지는 마이크로초에서 수 밀리초에 이르는 기간 동안 집중됩니다., 그리고 그것은 최대 진폭과 상승률입니다. (dV/dt) 장비의 스트레스와 손상 가능성을 결정하는 요소. [4]
충동적인 과도 현상 — 번개
직접 또는 간접 낙뢰는 직접 부착 또는 인근 낙뢰의 전자기 유도에 의해 충격 에너지를 배전선에 결합합니다.. 절연협조에 사용되는 표준 뇌임펄스 파형 — IEC에 정의되어 있음 60060 으로 1.2/50 µs 전압파 — 일반적인 번개로 인한 과도 현상의 포락선을 나타냅니다.. 배전용 서지 피뢰기 (금속 산화물 배리스터 유형) 장비 단자의 피크 과도 전압을 피뢰기의 보호 수준으로 제한하기 위해 적용됩니다., 어느 25 kV 시스템은 일반적으로 75 범위에 있습니다.–95 kV의, 아니면 대략 2–3 시스템 파고 전압의 배.
진동 과도 현상 — 커패시터 스위칭
션트 커패시터 뱅크에 전원을 공급하면 스위칭 지점의 뱅크 커패시턴스와 테브난 인덕턴스에 의해 주파수가 설정되는 과도 진동 전압이 생성됩니다.: 에프OSC = 1 / (2π √LC). 분배 시스템에서는 일반적으로 300 범위에 속합니다.–1000 Hz에서. 연속적인 전환 시나리오에서 — 이미 동일한 버스에 있는 다른 은행과 함께 은행에 에너지 공급 — 초기 피크에 도달할 수 있음 2.0 푸. 이미 충전된 커패시터가 거의 0에 가까운 임피던스 방전 경로를 제공하므로 공칭 파고 전압. [15] 대형 DC 버스 커패시터가 있는 가변 속도 드라이브는 특히 취약합니다., 진동 과도 현상은 드라이브의 DC 버스 과전압 보호를 트리거할 수 있으며 과도 현상이 절연을 손상시키기에 너무 짧은 경우에도 성가신 트립을 유발할 수 있습니다..
07 전압 불평형
이상적인 3상 시스템에서 3개의 공급 전압 페이저는 크기가 동일하고 정확히 120만큼 분리되어 있습니다.°. 전압 불균형은 이러한 대칭에서 벗어난 것을 나타냅니다.. 표준 엔지니어링 정의는 대칭 구성 요소 방법을 사용합니다.: 역상분 전압 V2 포지티브 시퀀스 전압 V의 백분율로 표시됩니다.1 전압 불균형 인자를 제공합니다 (VUF). [2] 단순화된 근사 — 페이저 크기만 필요하기 때문에 현장에서 자주 사용됩니다. — NEMA 정의입니다: 3상 평균에서 모든 상 전압의 최대 편차, 평균으로 나눈 값, 백분율로 표시. 두 정의는 작은 불균형에 대해서는 유사한 수치 결과를 제공하지만 위상각 비대칭에 대해서는 분기됩니다..
소스
3상에 불균일하게 분산된 단상 부하가 LV 및 MV 배전망에서 불균형의 주요 원인입니다.: 농촌 공급 장치에 대한 주거용 부하, 전기 자동차 충전기, 및 단상 아크 용접기. 전송 시스템에서, 단상 견인 변전소는 역상분 불균형의 오랜 원인입니다.
유통 네트워크는 자주 논의되지 않는 몇 가지 추가 메커니즘을 도입합니다.. 전치되지 않은 긴 배전선은 위상 간에 불평등한 상호 임피던스를 축적합니다., 라인 길이에 따라 증가하는 불균형 생성. 전송선은 일반적으로 설계상 잘 전환됩니다., 그러나 전치되지 않은 하위 전송 및 분배 피더는 일반적입니다.. 션트 커패시터 뱅크의 한 위상에 있는 퓨즈가 끊어지면 남은 두 위상에 과도한 무효 보상이 남습니다., 국부적 불균형과 공명 위험을 모두 생성. 단상 측면이 3상 트렁크 피더에서 태핑되는 세계 일부 지역, 변전소 모선에서는 불균형이 허용될 수 있지만 단상 부하가 집중되는 개별 선로 구간에서는 심각할 수 있습니다.. 유사하게, 피더를 따라 3상 간에 균등하게 분배되지 않는 단상 배전 변압기는 위치와 개별 고객의 부하 프로필에 따라 달라지는 불균형을 발생시킵니다..
회전 기계에 미치는 영향
역상분 전압은 회전자에 반대 방향으로 회전하는 자기장을 구동합니다.. 로터의 기준틀에서, 음수 필드의 전표는 다음과 같습니다.:
NEMA MG-1은 실질적인 결과를 표현합니다.: a 2% 전압 불균형은 대략적으로 발생합니다. 8% 추가 권선 온도 상승. [16] IN 50160 역상 불균형 요인을 다음으로 제한합니다. 2% 정상 작동 조건에서 LV 공급 단자에서; 최대 값 3% 인구 밀도가 낮은 일부 지역에서는 허용됩니다.. [3]
08 주파수 편차
시스템 주파수는 동기식 상호 연결 전반에 걸쳐 총 발전량과 총 부하 간의 순간적인 균형을 반영합니다.. 대규모 상호 연결된 시스템에서 — 유럽 대륙 50 Hz에서, 동부와 서부의 북미 상호 연결 60 Hz에서 — 모든 동기 발전기의 결합된 회전 관성은 주파수 편위를 훨씬 낮은 수준으로 제한합니다. 1 정상적인 작동 조건에서 Hz. IN 50160 이것을 정량화한다: 주파수는 다음 범위 내에서 유지되어야 합니다. 50 ± 1 에 대한 헤르츠 99.5% 상호 연결된 유럽 네트워크 부문 올해의, 그리고 그 안에 50 ± 4 항상 헤르츠. [3]
장비에 미치는 영향
동기 모터와 유도 모터는 공급 주파수에 비례하는 속도로 작동합니다.; 지속적인 주파수 편차는 폐쇄 루프 속도 제어가 없는 모든 프로세스 기계에서 비례 속도 오류를 생성합니다.. A 1% 주파수 하락은 다음과 같이 해석됩니다. 1% 속도 감소 — 정밀 가공의 결과, 제지 공장, 또는 웹 장력이 동기화된 속도에 따라 달라지는 모든 프로세스. 공칭 주파수보다 훨씬 낮게 작동하는 변압기는 더 높은 코어 자속 밀도를 경험합니다.; 코어가 이미 포화 무릎 근처에서 작동 중인 경우, 적당한 주파수 감소만으로도 자화 전류 및 무부하 손실이 크게 증가할 수 있습니다.. 주파수에 민감한 보호 계전기 (81O/U 요소) 합법적인 시스템 주파수 스윙 중 트립을 방지하려면 예상되는 정상 주파수 범위와 조정되어야 합니다..
인버터 지배 그리드의 주파수
컨버터 인터페이스 세대의 점유율 증가 — 풍력 터빈, 태양광 발전소, 그리고 배터리 보관 — 네트워크의 동기 관성을 줄입니다.. 고립된 마이크로그리드 또는 대규모 그리드의 시스템 분리 이후, 주파수는 초당 수Hz의 속도로 변할 수 있습니다. (주파수 변화율, RoCoF) — 기존의 관성 기반 주파수 응답보다 훨씬 빠릅니다.. 이는 표준 및 그리드 코드 개발이 활발한 영역입니다.. IEEE 표준 2030.8 마이크로그리드 컨트롤러 테스트를 다룹니다.; 새로운 ENTSO-E 요구 사항에 따라 대형 인버터 기반 플랜트는 물리적 관성 손실을 부분적으로 보상하기 위해 합성 관성을 제공해야 합니다.. [17]
09 표준 환경
전력 품질은 IEC의 연동 표준 세트에 의해 관리됩니다., IEEE, CENELEC, 그리고 국가 기관. 주요 프레임워크는 아래에 요약되어 있습니다.. 작업 엔지니어는 최소한 호환성 수준 간의 차이를 이해해야 합니다. (IEC 61000-2 시리즈), 방출 제한 (IEC 61000-3 시리즈), 면제 요구 사항 (IEC 61000-4 시리즈), 및 공급 전압 특성 (IN 50160).
| 기준 | 범위 | 주요 내용 |
|---|---|---|
| IEC 61000 시리즈 — 국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission) | ||
| IEC 61000-2-2 | LV 공용 네트워크 | 전도성 저주파 방해에 대한 호환성 수준 (화성학, 깜박임, 불균형, 전압 강하) |
| IEC 61000-2-4 | 산업 환경 | 클래스의 호환성 수준 2 및 클래스 3 산업 현장; 일반적으로 공용 네트워크 제한보다 덜 엄격합니다. |
| IEC 61000-3-2 | LV 장비 ≤ 16 A/상 | 공용 LV 네트워크에 연결된 장비의 고조파 전류 방출 제한 |
| IEC 61000-3-3 | LV 장비 ≤ 16 A/상 | 공용 LV 네트워크에 연결된 장비의 전압 변동 및 깜박임 방출 제한 |
| IEC 61000-4-7 | 측량 | 고조파 및 상호고조파 측정 방법: DFT 창, 그룹화, 10/12-주기 및 150/180주기 집계 |
| IEC 61000-4-15 | 측량 | 플리커미터 사양: 램프–눈–뇌 신호 처리 사슬, 피세인트 와 P그건 계산 |
| IEC 61000-4-30 | 측량 | PQ 측정 방법: 클래스 A (구속력/계약) 및 클래스 S (측량) 기기 요구 사항, 집계 간격, 포석 도로 |
| CENELEC — 유럽전기기술표준위원회 | ||
| IN 50160 | 공급 전압 특성 | 정상 작동 조건에서 유럽 공공 네트워크에 있는 LV 및 MV 고객 터미널의 전압 매개변수에 대한 통계적 제한 |
| IEEE — 전기전자공학협회 | ||
| IEEE 표준 519-2022 | 화성학 (북아메리카) | 단락 비율에 따른 PCC의 고조파 전류 제한; 전송 및 배전 시 전압 왜곡 한계 |
| IEEE 표준 1159-2019 | 모니터링 | PQ 현상의 분류 및 특성화; 권장되는 모니터링 방법 |
| IEEE 표준 1250 | 민감한 장비 | 순간적인 전압 교란에 민감한 장비에 대한 서비스 안내; 호환성 평가 방법론 |
| 캐나다 국가 표준 (CSA 그룹) | ||
| CSA C235:19 | 공급 전압 - 캐나다 | AC 시스템 연결 지점의 정상 상태 전압 작동 범위 50 캐나다의 kV; 정상 및 극한 작동 조건을 모두 포괄합니다.. EN에 대응하는 캐나다인 50160; Hydro-Québec에서 참조, 하이드로 오타와, 대부분의 캐나다 유틸리티의 서비스 조건. |
| CAN/CSA-C61000-2-2 | LV 호환성 수준 - 캐나다 | 캐나다 입양 (편차가 있는) IEC의 61000-2-2: 공공 LV 네트워크의 저주파 전도성 방해에 대한 호환성 수준. 화성학, 깜박임, 불균형, 캐나다 배전 시스템에 적용 가능한 전압 강하 레벨. |
| CAN/CSA-C61000-3-7 | 변동하는 부하 - 캐나다 | 캐나다의 IEC 채택 61000-3-7: 변동 설비를 MV에 연결하기 위한 플리커 및 전압 변동 방출 한계 평가, HV, 및 EHV 시스템. 캐나다 전력회사에서 아크로 및 풍력 터빈 연결을 평가하는 데 사용됩니다.. |
| CSA C22.3 아니요. 9:20 | 분산 리소스 - 캐나다 | 분산 에너지 자원과 배전 시스템의 상호 연결 50 kV의. PCC의 PQ 요구 사항 포함 - 고조파, 전압 변동, 인버터 기반 및 발전기 기반 DER 연결에 대한 깜박임 제한. |
10 측정 및 모니터링
의미 있는 PQ 측정은 단순히 기기를 연결하고 데이터를 수집하는 문제가 아닙니다.. 측정 위치, 악기 수업, 설문 조사 기간, 집계 방법론, 결과의 통계적 처리는 모두 데이터가 유효한 엔지니어링 결론을 뒷받침하는지 여부를 결정합니다.. IEC 61000-4-30 이러한 선택에 대한 권위 있는 프레임워크를 제공합니다.. [2]
측정 포인트
결과는 장비가 연결된 위치에 따라 크게 달라집니다.. The 공통 결합 점 (PCC) — 다른 사용자가 연결되어 있거나 연결될 수 있는 고객에게 가장 가까운 공용 네트워크 지점 — 배출 및 규정 준수 평가를 위한 표준 참조입니다.. 장비 터미널에서의 측정, 산업용 변압기의 보조 버스바에, 또는 UPS의 다운스트림은 다른 결과를 생성하고 다른 엔지니어링 목적을 제공합니다.: 장비 문제 해결 vs 유틸리티 규정 준수 평가 vs 네트워크 특성. 이러한 측정 지점을 혼동하는 것은 기술적인 분쟁과 잘못 해석된 보고서의 빈번한 원인입니다..
설문조사 기간 및 통계
IN 50160 및 IEC 61000-4-30 대부분의 전압 매개변수에 대한 적합성 평가에 1주간의 연속 측정을 사용하도록 지정, 95번째 백분위수 기준: 매개변수는 지정된 한도 내에서 유지되어야 합니다. 95% 관찰 기간 중 10분 측정 간격 중. 전압 강하 및 정전에는 이 백분위수 규칙이 적용되지 않습니다. — UNIPEDE DISDIP 심각도 클래스 또는 SARFI 지수를 사용하여 심각도별로 분류된 이벤트 수로 보고됩니다.. 1주일 간의 설문 조사는 네트워크 운영 조건의 대표적인 샘플을 포착하지만 계절적 영향을 놓칠 수 있습니다.; 몇 주간 또는 영구적인 전력 품질 모니터링은 중요 시설 및 네트워크 전체 특성화 프로그램에 적합합니다..
그림: EN 50160 / IEC 61000-4-30 95백분위수 준수 기준. 1주간 연속 측정하면 대략적인 결과가 나옵니다. 1008 10분 간격. 매개변수 값은 각 간격에 대해 계산되어 순위가 매겨집니다.. 규정 준수에는 95번째 백분위수 값이 필요합니다. 95% 간격이 떨어지면 — 지정된 한도를 초과하지 않습니다.. 주황색 꼬리 (5% 간격의) 규정 위반으로 간주되지 않고 한도를 초과하는 것이 허용됩니다..
악기 수업
IEC 61000-4-30 두 가지 주요 악기 클래스를 정의합니다.. 클래스 A는 최고의 측정 정확도를 지정하며 바인딩 애플리케이션에 필요합니다.: 계약 준수 확인, 규제 제출, 분쟁 해결에 사용되는 기술 전문가 측정. 클래스 S는 다소 낮은 정확도가 허용되는 통계 조사 장비에 지정됩니다.. 클래스 A 규정을 준수하려면 각 매개변수에 대해 정의된 예산 내에서 입증된 측정 불확도가 필요합니다., 국가 표준에 따라 추적 가능한 교정, 모든 집계 및 플래그 지정 요구 사항의 올바른 구현. [2] 단순히 "전력 품질 분석기"라고 표시된 장비” 명시적인 클래스 A 인증 없이는 이러한 요구 사항을 충족한다고 가정할 수 없습니다..
11 완화 개요
PQ 완화는 공급망의 세 지점에 적용될 수 있습니다.: 소란의 근원에서 (배출 감소), 소스와 피해자 사이의 네트워크에서 (감쇠 또는 디커플링), 또는 민감한 부하에서 (면역력 향상). 최적의 전략은 교란의 성격과 위치에 따라 달라집니다., 각 옵션의 기술적 타당성, 그리고 상대적 비용 — 이는 설치 규모와 네트워크 특성에 따라 크게 달라집니다.. 다음 표에 나열된 기술은 오늘날 엔지니어와 유틸리티가 사용할 수 있는 가장 실용적이고 현장에서 입증된 솔루션을 나타냅니다.. 그것들은 철저하지 않다 — 이 범위를 벗어나는 연구 단계 및 고도로 응용 분야별 접근 방식이 존재합니다. — 그러나 실무자가 실제 프로젝트에서 접하고 지정할 가능성이 가장 높은 솔루션을 다루고 있습니다..
고조파 완화
고조파 완화 솔루션은 킬로와트당 몇 달러의 비용이 드는 단순한 수동 임피던스 요소부터 훨씬 더 비싼 완전 적응형 능동 시스템까지 다양합니다.. 올바른 선택은 필요한 THD 감소에 따라 달라집니다., 부하의 안정성, 네트워크 임피던스, 그리고 IEEE 여부 519 또는 EN 50160 규정 준수는 PCC에서 입증되어야 합니다.. 아래 표에는 비용과 성능을 높이는 주요 기술이 나와 있습니다..
| 기술 | 출력 THD나는 | 장점 | 단점 | 적합 | 비용 (미화달러$) |
|---|---|---|---|---|---|
| AC 라인 리액터 (3-5%) | 35–40% | 매우 저렴한 비용; 일시적인 보호; 드라이브 커패시터 수명 연장 | 한정 5/7차 할인; 부하시 전압 강하 | 단일 드라이브, 개조하다, 예산이 제한된 사이트 | $10–25/kW |
| DC 링크 초크 | 32-35% | AC 리액터보다 5/7이 약간 더 좋음; 전압 강하 없음; 콤팩트 | 내부 드라이브 장착 제공 필요; AC 리액터보다 과도 보호 수준이 낮음 | 내부 초크 제공 드라이브 | $8-20/kW |
| 교류리액터 + DC 초크 결합 | ~28~32% | 저렴한 비용으로 최고의 패시브 결과; 6% 결합 임피던스; 일시적인 보호가 유지됨 | 두 가지 구성 요소; 약간의 추가 전압 강하 | 필터 비용 없이 최고의 패시브 성능이 필요한 드라이브 | $15–35/kW |
| 패시브 션트 필터 (튜닝된 LC) | 70-85% | 대규모 비용 절감; PF를 동시에 향상; 활성 구성요소 없음 | 고정 튜닝; 네트워크 변경 시 공진 위험; 공학 공부가 필요함 | 공장 수준, 100 kW+, 안정적인 부하 혼합 | $30–80/kVA 필터링됨 |
| 12-펄스 정류기 (자동 변압기) | ~85% 대 6펄스; THD 10~15% | 소스에서 5번째와 7번째를 제거합니다.; 건장한; 공명 위험 없음 | 위상변환 변압기 필요; 1113일과 13일이 남았습니다; 공급 불균형에 민감 | 신규 설치, 75 kW+, 중요한 프로세스 | $50-120/kW |
| 18-펄스 정류기 (자동 변압기) | THD 5~8% | 5위부터 13위까지 탈락; 거의 정현파 입력 전류 | 부피가 큰 변압기; 더 높은 비용; 12펄스보다 전압 불균형에 더 민감 | 대용량 드라이브, IEEE 519 PCC 규정 준수 필요 | $80-160/kW |
| 하이브리드 필터 (수동태 + 활동적인) | THD < 5% | 순수 AHF보다 저렴한 비용; 패시브는 낮은 차수를 처리합니다., 활성은 고차 및 동역학을 처리합니다. | 유지 관리할 두 가지 시스템; 엔지니어링 복잡성; 상호작용 위험 | 고출력 산업, 500 kW+, MV 응용 | $80-180/kVA |
| 활성 고조파 필터 (AHF) | THD < 5% | 완전 적응형; 공명 위험 없음; 하나의 장치가 공유 버스에서 여러 부하를 담당합니다.; PF 보정 결합 | 높은 자본 비용; 지속적인 손실 ~1~2%; 유지; 매우 높은 전력에서는 비용 효율성이 떨어짐 | 혼합 부하 버스, 다양한 하중, PF 보정도 필요한 경우 | $150–300/kVA |
| 액티브 프런트엔드 (AFE) 드라이브 | THD < 3% | 거의 정현파; 재생의 (4-사분면); 유니티PF; 동급 최고의 왜곡 | 프리미엄 비용; 복잡한; 깨끗한 것이 필요하다, 안정적인 공급 전압 | 고전력 드라이브, 재생 응용 (크레인, 엘리베이터, 테스트 벤치) | $200–400/kW |
| K등급 변압기 | 변압기만 보호하며 네트워크 왜곡은 줄이지 않습니다. | 단순한; 기존 자산을 보호합니다; 활성 구성요소 없음; 드롭인 교체 | 네트워크에 대한 고조파 주입을 줄이지 않습니다.; 열 완화 조치일 뿐 | 고조파 부하를 변경할 수 없는 기존 변압기 보호 | $20–60/kVA 표준 대비 프리미엄 |
| 지그재그 변압기 | 삼중 취소 (제로 시퀀스) 중성의 고조파 | 3위 제거, 9일, 15중립에서 1번째; 단순한; 활성 구성요소 없음 | 0순차 고조파만 처리합니다.; 5위는 줄어들지 않는다, 7일; 중성 접지점 추가 | 단상 스위칭 부하가 큰 3상 시스템 (IT, 조명) | $25-70/kVA |
전압 강하 완화
네트워크 수준에서 전압 강하 완화를 적용할 수 있습니다. (모든 고객의 처짐 빈도와 깊이 감소) 또는 개별 로드 수준에서 (특정한 민감한 프로세스에 대한 순차 통과). 네트워크 수준 조치는 많은 고객에게 도움이 되지만 동일한 버스의 결함으로 인한 저하를 제거할 수는 없습니다.; 부하 수준 측정은 더욱 목표화되어 있지만 각 설치마다 규모를 조정하고 유지 관리해야 합니다..
| 기술 | 깊이 / 기간 적용 | 장점 | 단점 | 적합 | 비용 (미화달러$) |
|---|---|---|---|---|---|
| 라이드 스루 개선 (통제 수단) | 얕은 처짐, <0.5 에스 | 최소 비용; 전력 수준에 하드웨어가 없음; 즉각적인 | 제한된 깊이와 기간; 부하별 엔지니어링 필요 | 모터 접촉기, 드라이브 제어 전원 공급 장치, PLC를, 릴레이 코일 | $1–10/kW (컨트롤만) |
| 철공진체 (CVT) 변환 | ~50% 유지 전압; 지속적인 규제 | 단순한; 전력 전자 장치 없음; 지속적인 전압 조절; 장수 | 높은 연속 손실; 완전한 보호를 위해서는 크기가 커야 합니다.; 단상 <15 kVA만 해당 | 소형 단상 민감 부하: 통제 수단, PLC를, 의료 기기 | $20–80/kVA |
| 정적 전환 스위치 (STS) | 대체 피더 품질에 따라 다름 | 빠른 전송 (<¼주기); 낮은 손실; 버스의 모든 부하에 혜택을 줍니다 | 건강한 대체 피더가 필요합니다. 두 피더의 동시 처짐은 이점이 없습니다. | 산업단지, 캠퍼스, 이중 유틸리티 피드를 갖춘 데이터 센터 | $100-250/kVA |
| 동적 전압 원상으로 되 돌리는 (DVR) | 최대 25~50%까지 유지 전압 유지; 초 | 빠른 응답 (1-2사이클); 정상 작동 시 손실이 적음; 비용 효율적인 대 UPS는 전압 강하에만 적용됩니다. | 완전한 중단을 처리할 수 없습니다.; 제한된 에너지 저장; 저장으로 인해 처짐 깊이와 지속 시간이 제한됨 | 반도체 팹, 식품 가공, 제지 공장, 연속 공정 산업 | $150-350/kVA |
| 슈퍼커패시터 에너지 저장 (전력 변환기 포함) | 모든 깊이; 1-10초 | 빠른 응답; 매우 긴 사이클 수명; 배터리 성능 저하 없음; 짧은 처짐을 깔끔하게 메워줍니다 | 제한된 에너지 밀도; 슈퍼커패시터 뱅크 크기에 따라 지속 시간이 제한됨; 저장된 kWh당 높은 비용 | 짧은 처짐을 위한 브리지 전력; 기간 연장을 위한 DVR 또는 UPS와의 하이브리드 | $300–600/kW 저장됨 |
| 모터제너레이터 세트 + 플라이휠 | ~80% 유지 전압; 10-30초 라이드 스루 | 건장한; 장수; 배터리 없음; 완전한 전기 절연; 고유의 관성 | 무거운; 큰 발자국; 지속적인 회전 손실; 여행 후 느린 시작 | 유틸리티, 수처리, 석유화학, 방어 | $200–400/kVA |
| UPS (이중 변환) | 100% 깊이; 배터리에 따라 몇 분에서 몇 시간까지 | 지속적인 중단을 포함한 완벽한 보호; 깨끗한 절연 출력; 임계 부하에 대한 업계 표준 | 5–10% 연속 손실; 배터리 유지 관리 및 교체; 배터리 연장 없이 사용 시간 제한 | 데이터 센터, 의료, 통신, 중요한 프로세스 제어 | $200-500/kVA |
| 피더 자동화 / 빠른 단면화 | 중단 기간 감소; 처짐 깊이를 줄이지 않습니다. | 모든 고객을 위한 네트워크 수준 혜택; 고객 측 하드웨어 없음 | 초기 처짐을 방지할 수 없음; 유틸리티 자본 투자; 긴 구현 리드타임 | 유틸리티 유통 네트워크, 농촌 피더, 신뢰성 향상 프로그램 | 유틸리티 자본 지출 — 다양함 |
깜박임 완화
플리커 완화는 비용이 들지 않는 운영 변경부터 대규모 전력 전자 장치 설치까지 다양합니다.. 적절한 솔루션은 소스 유형에 따라 다릅니다., 부하 변동의 반복률, 필요한 P세인트 절감, 고조파 보상도 동시에 필요한지 여부.
| 기술 | 피세인트 절감 | 장점 | 단점 | 적합 | 비용 (미화달러$) |
|---|---|---|---|---|---|
| 로드 스케줄링 / 비수기 운영 | 교대 P그건 부담 | 자본비용 제로; 즉각적인; 하드웨어 없음 | 프로세스 유연성이 필요합니다; P에 대한 규정 준수 솔루션이 아님세인트 제한 | 공유 산업 단지의 아크로 및 대형 용접기 | $0 — 작동 |
| 그리드/메시 용접기 - 전류 감소, 확장된 아크 시간 | 15-25% | 자본비용 제로; 즉각적인; 하드웨어 없음; 한계 생산성 영향 | 한정된 P세인트 절감; 심한 깜박임 소스에는 효과적이지 않습니다. | 더 작은 직경의 로드를 사용하는 저항 그리드 용접기 | $0 — 작동 |
| 그리드/메시 용접기 - 순차 용접 | ~50% (~2의 인수) | 자본 비용 없이 주요 플리커 감소. N개의 막대로 구성된 그리드가 두 번의 연속 패스로 용접됩니다. (e.g. 7 그 다음에 8 으로 15) — 샷당 반응 수요가 절반으로 줄어듭니다., 전압 임펄스 크기를 절반으로 줄임 | 영향을 받는 실행에서 처리량을 15~20% 줄입니다.; 프로세스 재프로그래밍 필요. 대구경 로드에만 필요 - 깜박임이 발생하지 않는 경량 생산으로 변경 필요 없음 | 개별 용접 전류로 인해 상당한 깜박임이 발생하는 대구경 막대가 있는 저항 그리드 용접기 | $0 — 작동 |
| 전극 제어 개선 (EAF) | 20–40% | 외부 하드웨어 없이 소스의 반응 변동을 줄입니다.; 최신 디지털 컨트롤러 사용 가능 | 프로세스 의존적; 제한된 범위; 아크로 공급업체의 참여가 필요합니다. | 전기로 현대화 프로젝트 | 용광로 제어에 포함됨 |
| 분배 피더의 직렬 커패시터 | 60-80% | 수동적인; 활성 구성요소 없음; 저렴한 비용; 영구적인 혜택; 변동하는 부하로 인해 나타나는 소스 임피던스를 줄입니다. | 하중이 지연되는 긴 피더에만 효과적입니다.; 상세한 설계 연구가 필요함; 보호 조정 필요 | 부하가 변동하는 농촌 피더 (목화 진, 우물, 제재소) | $15-40/왼쪽 |
| 패시브 션트 필터 / PCC의 고정 커패시터 | 부분 — 부하에 따라 다름 | 동시 고조파 및 무효 전력 이점; 저렴한 비용; 활성 구성요소 없음 | 고정 보상; 네트워크 임피던스와 상호 작용할 수 있습니다.; 제한된 동적 응답 | 고정 커패시터 뱅크가 이미 장착된 EAF 또는 용접기 | $20–50/왼쪽 |
| 스위치드 커패시터 뱅크 (TSC) | 30-50% | 고정보상보다 빠름; 전체 SVC보다 저렴한 비용; PF를 단계적으로 개선 | 단계 변경 보상만 — 연속적이지 않음; 고주파 변동에는 덜 효과적입니다. | 중규모 용접공, 모터 시동, 적당하고 예측 가능한 깜박임 소스 | $30–80/왼쪽 |
| SVC (TCR + 고정 커패시터) | 50-70% | 성숙한 기술; 수백 Mvar까지 확장 가능; 적당한 비용; 긴 설치 기반 | ½ ~ 1 사이클 응답 지연; 각 보상된 펄스의 앞쪽 가장자리에서 잔류 처짐 및 뒤쪽 가장자리에서 팽창; 고조파 필터가 필요합니다. 아래 참고 사항을 참조하세요.. | 아크로, 대형 저항 용접기, MV/HV 네트워크 | $80-200/왼쪽 |
| 하이브리드 SVC + 패시브 필터 | 65-80% | 대규모 EAF에 최적화된 비용; 고조파와 플리커를 동시에 처리; 초고전력으로 검증된 | 복잡한 공학 연구 필요; 조정하고 유지하는 두 시스템 | 초고전력 EAF (>100 MW) | $60-150/각 합산 |
| STATCOM (VSC 기반) | 60-80% | 응답 ~2~5ms - SVC의 앞쪽 가장자리 처짐 및 뒤쪽 가장자리 팽창 제한을 크게 방지합니다.; 더 작은 설치 공간; DC 커패시터에서 실제 및 무효 전력 변동을 모두 공급할 수 있습니다. | 대규모 SVC보다 평방미터당 비용이 높음; 더 복잡한 전력 전자 장치 | SVC 사이리스터 지연이 입증 가능한 한계인 반복 빈도가 높은 용접기 및 EAF | $120-300/왼쪽 |
전력품질공학, 네트워크 측에서 본, 궁극적으로 공유 인프라를 관리하는 것입니다.. 연결된 모든 부하는 동시에 공급 장애의 잠재적 피해자이자 이웃에 대한 장애의 잠재적 원인입니다.. 이 양자관계를 이해하라 — 양적으로, 해당 표준을 참조하여 — 건전한 PQ 실천의 기초입니다.
IPQDF 기술 기사 시리즈
다음 문서에서는 이 개요의 개별 주제를 전체 엔지니어링 깊이에서 다룹니다. — 작업된 수치 예제를 사용하여, 회로 모델, 단위당 계산, 및 현장 교정 결과.
6-펄스 VFD 고조파: 스펙트럼, 제한, 및 네트워크 영향
6펄스 정류기 프런트엔드의 전체 고조파 전류 스펙트럼. 푸리에 분해, 단위당 크기, IEEE 519-2022 PCC의 준수 평가, 및 네트워크 전압 왜곡.
기사 읽기 →고조파 및 역률 커패시터: 공명 위험
VFD의 고조파 전류가 션트 커패시터 뱅크와 상호 작용하여 병렬 공진 회로를 형성하는 방법. 공진주파수, 증폭 계수 Q, 디튜닝 원자로를 이용한 완화.
기사 읽기 →유도 전동기의 고조파 효과: 네트워크 오염, VFD 스트레스, 및 완화
두 부분으로 구성된 치료: 모터에 의해 공급망에 주입되는 고조파, 왜곡된 전원으로부터 모터가 수신한 고조파 — 자체 VFD가 없는 모터 포함.
기사 읽기 →6펄스 정류기의 피해자: 공급 왜곡 및 드라이브 신뢰성
자세히 살펴보는 규정 준수 역설: IEEE를 충족하는 드라이브 519 공급 전압 자체가 왜곡되면 방출 제한으로 인해 내부 손상이 발생할 수 있습니다.. 약하고 강한 네트워크 시나리오에 대해 정량화됨.
곧 출시 예정참조
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