고조파 장해 수동형 필터와 능동형 필터의 특징 비교 – 건축전기설비기술사

① 고조파의 발생 원인
전력전자기기(Power Electronics)에 의해서 발생되는 고조파는, 그림에 보인 것과 같이 부하 측의 DC 또는 AC 변환에 따라 그림 2와 같은 구형파의 나머지 부분이 그림 3과 같이 전원 측 전압과 중첩되어 전원 측에 전달되는 것이 대부분이다.

② 고조파 전류
고조파 전류의 발생원은 대부분 컨버터, 인버터 등의 변환 장치와 아크로(Arc Furnace), 전기로 등에서 발생하는데,

예를 들어 그림과 같이 6펄스 변환 장치로 3상 교류를 인가한 경우 발생하는 고조파 전류는 프리에 급수의 전개에 의해서 다음과 같이 표시된다.

식에서 I_h는 고조파 전류이고 I_d는 직류측 전류이다.
즉 발생되는 고조파의 차수 n는 다음식으로 나타내진다.

① 수동형 필터

수동형 필터(Passive Filter)에는 주로 5차 고조파 및 7차 고조파에 동조한 동조필터와 11차 이상의 고조파를 흡수하는 고차필터가 있으며 통상 이들을 조합한 것이 하나의 설비가 된다. 이들은 모두 L-C의 공진특성을 이용한 것이다.

② 능동형 필터
⑴ 기본 개념 동조필터 고차필터 Active Filter는 고조파 성분을 검출하여, 이와 정 반대의 위상(180°위상차)을 가진 고조파를 발생시켜 서로 상쇄시켜 버리는 방법이다.
⑵ 고조파 성분의 검출 방법 부하가 발생하고 있는 고조파 성분은, 부하전류를 CT로 검출하고, 기본파만 통과시키는 Filter로 기본파 성분을 검출하여 이것을 부하전류로부터 뺌으로써 검출한다.

⑶ 고조파의 제거
– 능동필터는 그림과 같이 부하에서 발생된 고조파와 위상이 정반대되는 고조파를 만들어 회로에 흘려보냄으로써 둘이 서로 상쇄되어 없어지게 한다.
– 즉, 다음 그림과 같이 부하에 흐르는 왜형파와 정현파의 차이 부분을 능동필터에서 공급해 줌으로써 전원 측에는 정현파가 흐르도록 해준다.
– Active Filter는 GTO 사이리스터, Power Transistor 등으로 구성되며, 전압형과 전류형의 두 가지가 있다.

③ 능동형 필터와 수동형 필터의 비교