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단상 변압기 지그재그 결선에 의한 3고조파 전류 저감 효과 분석
Analysis of Reduction Effect of Three Harmonic Currents by Zigzag Wiring of Single Phase Transformer 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.66 no.3, 2017년, pp.99 - 104  

김종겸 (Dept. of Electrical Engineering, Gangneung-wonju National University) ,  김지명 (Dept. of Electrical Engineering, Gangneung-wonju National University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The three-phase four-wire power distribution system can be used to supply power to single-phase and three-phase loads at the same time. There are linear loads and nonlinear loads as single-phase loads connected to each phase. The nonlinear load generates a harmonic current during the power energy co...

주제어

#Three-phase four wire system   #Harmonics   #Nonlinear load   #Single phase transformer   #Voltage Unbalance   #Zigzag wiring  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 특히 상별로 존재하는 3고조파 전류가 중성선에 그대로 반영될 경우 전류값이 높아 차단기 트립과 같은 문제를 일으킬 수 있으므로 3고조파 전류의 크기를 저감할 필요가 있다. 그래서 단상 변압기를 지그재그 결선하여 3고조파 전류의 크기를 줄일 수 있는 연구를 진행하였다.
  • 그래서 본 연구에서는 3상 4선식에서 단상 비선형부하의 사용에 의해 발생하는 3고조파 전류를 저감하기 위해 가극성 및 감극성의 단상 변압기의 지그재그 결선 방법을 소개하고, 주로 많이 사용되고 있는 감극성의 단상 변압기를 지그재그 결선하여 중성선에 흐르는 3고조파 전류가 지그재그 변압기로 흘러가도록 하여 각 상에 흐르는 3고조파 전류를 줄일 수 있는 효과를 시뮬레이션과 측정을 통해 비교 분석하였다.
  • 본 연구에서는 3상 4선식 선로에 단상 다이오드로 구성된 전파 정류회로를 상별로 연결한 상태에서 3고조파 전류가 중성선을 통해 전원 및 선로로 흐르는 것을 저감하기 위해 단상 변압기를 지그재그 결선하기 전과 결선 후에 중성선과 선로에 나타나는 전류 고조파에 대해 측정 및 계산을 통해 비교 분석하였다.

가설 설정

  • 그림 8(a)는 전압파형으로 비선형 부하의 영향으로 고조파 성분에 플랫탑 현상이 포함된 형태로 지그재그 결선한 변압기를 사용하지 않은 그림 5(a)와 차이가 없음을 알 수 있다. 그림 8(b)는 상전류에 대한 파형으로 지그재그 변압기의 연결로 인해 그림 5(b)의 전류 파형과는 약간 다르게 특정 고조파 성분이 저감된 형태를 지니고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고조파 전류의 문제점은? 이들 부하 중에서 비선형 부하는 전력변환과정에서 고조파 전류가 발생한다[1]. 고조파 전류는 임피던스가 낮은 전원측 또는 병렬로 연결된 간선으로 흘러들어가 설비의 오동작, 전압의 상승, 고조파 전류에 의한 전력손실의 증가 등 전기품질에 나쁜 영향을 줄 수 있다[1-3].
단상 변압기를 지그재그 결선하여 3고조파 전류의 크기를 줄여야하는 이유는? 이들 단상 비선형 부하의 사용시 발생하는 고조파 중에서 3고조파 전류의 비중이 높을 경우 중성선을 통해 전원 및 선로에 흐르게 되어 전기품질에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 특히 상별로 존재하는 3고조파 전류가 중성선에 그대로 반영될 경우 전류값이 높아 차단기 트립과 같은 문제를 일으킬 수 있으므로 3고조파 전류의 크기를 저감할 필요가 있다. 그래서 단상 변압기를 지그재그 결선하여 3고조파 전류의 크기를 줄일 수 있는 연구를 진행하였다.
3권선 변압기를 지그재그 결선하는 이유는? 3상 4선식의 각 상에 연결된 단상 비선형 부하에서 발생하는 3고조파 전류가 중성선으로 흐를 경우 중성선의 전류가 각 상의 전류보다 높아지므로 이를 줄일 필요가 있다. 일반적으로 부하용량이 큰 곳에서는 3고조파 전류를 줄이기 위해 3상 변압기나 3권선 변압기를 지그재그 결선하여 고조파를 줄이는 방식을 많이 선택하고 있다[3]. 부하 용량이 클 경우 3상 변압기를 지그재그 결선하는 것이 유리하지만, 부하의 용량이 크지 않거나 비선형 부하의 사용 빈도가 높을 경우 3상 4선식의 각 상에 3고조파 전류성분이 많이 포함된 곳에서는 작은 용량의 단상 변압기를 지그재그 결선하여 부하측 가까운 곳에 설치하여 지그재그 변압기로 흘러들어가게 하여 전원측 및 선로측의 전류 고조파 함유율을 줄일 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. Theodore Wildi, "Electrical Machines, Drives and Power Systems", Prentice Hall, 2002. 

  2. P. P. Khera, "Application of zig-zag transformers for reducing harmonics in the neutral conductor of low voltage distribution system" Industry Applications Society Annual Meeting, Conference Record of the IEEE, pp. 1092, 1990, Oct. 

  3. Ji-Ho Kim et al., "Performance Test and Design of Harmonic Reduction Hybrid Transformer", KIEE, vol. 63P, no. 4, pp. 277-282, Dec., 2014. 

  4. KEA, "Extension rules", 2016. 

  5. Jong-Gyeum Kim, et al, "Analysis on the Characteristics of Voltage Unbalance Factor by Load Variances", KIEE, vol. 54P, no. 1, pp. 47-52, March, 2005. 

  6. Jong-Gyeum Kim & Eun-Woong Lee, "Analysis on the Harmonics Characteristics Due to Increase & Decrease of Nonlinear Load", KIEE, vol. 52P, no. 3, pp. 100-106, September, 2003. 

  7. H. W. Dommel, "Electromagnetic Transients Program. Reference Manual (EMTP Theory Book)", BPA 1986. 

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