전력 시스템의 고조파 계산

 

현대 전기 시스템에서는-특히데이터 센터및 산업 시설-고조파는 더 이상 무시할 수 없는 문제입니다. 사이UPS 시스템, 서버, VFD 및 모든 종류의 전력 전자 장치에서 부하가 예전처럼 "깨끗한" 경우는 거의 없습니다.

 

솔직히 말해서 고조파 계산이 필요한 곳입니다. 이는 엔지니어가 명판에 표시된 내용뿐만 아니라 시스템에서 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 파악하는 데 도움이 됩니다.

 

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완벽한 세상에서 전압과 전류는 다음과 같은 부드러운 사인파가 될 것입니다.50Hz또는60Hz. 단순한.

 

하지만 실제 생활은요? 그다지 깨끗하지 않습니다.

 

비선형 부하는-해당 파형을 엉망으로 만들고 기본 신호 위에 추가 주파수-를 추가합니다. 기본적으로 '잡음'입니다. 이는 고조파이며 기본 주파수의 배수로 표시됩니다.

 3차 고조파=150Hz

 5차 고조파=250Hz

 7차 고조파=350Hz

 

개별적으로는 작아 보일 수 있지만 함께 사용하면 시스템이 실제로 왜곡될 수 있습니다.

 

 

고조파는 단지 이론적인 문제가 아니기 때문입니다. 그들은 실제로 다음과 같은 일을 합니다:

 변압기를 예상보다 더 많이 가열합니다.

 중성 전류를 더 높게(때로는 훨씬 더 높게) 밀어냅니다.

 케이블 손실 증가

 역률 문제

 귀찮은 여행을 유발하다

 그리고 천천히 조용히 장비 수명을 단축시킵니다.

 

데이터 센터에서는 이것이 더욱 중요해집니다. 모든 것이 연중무휴 24시간 내내 실행되며, 그냥 냉각시키거나 재설정할 수 있는 "다운타임 창"이 없습니다.

 

 

주요 지표 중 하나는 THDi(전류의 총 고조파 왜곡)입니다.

 

수식은 다음과 같습니다.

어디:

 

간단한 예

 

가정해보자:

 기본 전류=100A

 5차 고조파=20A

 7차 고조파=15A

 11차 고조파=8A

 

연결하면:

 

당신은 결국 :

THDi ≒ 26.25%

 

이는 실제로 많은 실제 시스템에서 상당히 눈에 띄는 왜곡 수준입니다.

 

 

전압 왜곡(THDv)은 동일한 방식으로 계산됩니다.

예:

 400V 기본

 12V 5차 고조파

 8V 7차 고조파

 

결과:

THDv ≒ 3.6%

 

전압 왜곡은 일반적으로 전류 왜곡보다 낮지만 -특히 민감한 부하의 경우 여전히 중요합니다.

 

 

사람들이 때때로 간과하는 것이 있습니다. 고조파는 실제 RMS 전류를 증가시킵니다.

공식:

동일한 예를 사용하면 다음과 같습니다.

 100A 기본

 20A + 15고조파

 

당신은 다음을 얻습니다:

IRMS ≒ 103.1A

 

따라서 100A에서 실행되고 있다고 "생각"하더라도 시스템은 실제로 더 많은 것을 전달합니다. 그 여분의 암페어는 별로 많지 않을 수도 있지만 시간이 지남에 따라 변압기와 케이블에 열 스트레스가 발생합니다.

 

 

모든 고조파가 동일한 것은 아닙니다. 더 높은-차 고조파는 특히 다음과 같은 경우 더 많은 열을 생성하는 경향이 있습니다.변압기 권선.

이것이 바로 우리가 K-인수를 사용하는 이유입니다.

기본적으로 열적으로 얼마나 손상되는지에 따라 고조파에 가중치를 부여합니다.

 

실제로 K-등급은 다음과 같습니다.

그렇습니다.-이것은 단순한 이론이 아닙니다. 이는 변압기 선택에 직접적인 영향을 미칩니다.

 

 

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대부분의 경우 일반적인 용의자는 다음과 같습니다.

 기존 UPS 시스템(25%~35% THDi)

 서버 전원 공급 장치(20%~40%)

 VFD(최대 80%까지 올라갈 수 있음)

 LED 드라이버(15%~50%)

 어디서나 현대적인 전자 부하

 

기본적으로 내부에 전력 전자 장치가 있으면 아마도 기여할 것입니다.

 

 

여기서 상황이 실용적으로 변합니다.

 

고조파가 높으면 kVA 부하만을 기준으로 변압기 크기를 결정할 수 없습니다. 디레이팅이 필요한 경우가 많습니다.

 

공식:

​

예:

 부하=1000kVA

 경감 요인=0.85

 

그래서:

필요한 크기 ≒ 1176kVA → 일반적으로 1250kVA로 반올림됨

 

추가 마진은 실제 작동에서 과열을 방지하는 것입니다.

 

 

대략적인 경험 법칙에 따르면 엔지니어는 다음을 자주 사용합니다.

심각한 데이터 센터나 AI 환경에서는 곧바로K-등급또는고조파 완화 변압기단지 안전을 유지하기 위해서입니다.

 

 

 

고조파 계산은 단순한 학문적 연습이 아닙니다.-기본적으로 전기 시스템 내부의 '실제 스트레스'를 확인하는 방법입니다.

 

THDi, RMS 전류 및 K{0}}인자를 함께 살펴보기 시작하면 다음과 같은 중요한 사실을 깨닫게 됩니다.
명판 하중은 전체 이야기가 아닙니다.

 

그리고 현대 데이터 센터에서는 이러한 차이가 정말 중요합니다.

 

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