대규모 AC 전력 시스템 에서는 역률 외에는 "전력 품질"이라는 개념이 전혀 들어보지 못했던 시절이었습니다 .
거의 모든 부하는 "선형" 종류였으며, 이는 전압 사인파의 모양을 왜곡하지 않고, 회로에서 비사인파 전류가 흐르지 않는다는 것을 의미합니다. 이는 더 이상 사실이 아닙니다.
"비선형" 전자 부품 으로 제어되는 부하는 가정과 산업 모두에서 점점 더 보편화되고 있으며, 이는 이러한 부하를 공급하는 전력 시스템의 전압과 전류가 고조파가 많다는 것을 의미합니다 . 즉, 깨끗하고 좋은 사인파 전압과 전류가 심하게 왜곡되고 있으며, 이는 기본 전력선 주파수의 배수에서 무한한 일련의 고주파 사인파가 존재하는 것과 같습니다.
과도한 고조파의 영향
교류 전원 시스템에서 과도한 고조파는 변압기를 과열시키고, 3상 시스템 에서 매우 높은 중성선 전류를 발생시키고 , 민감한 전자 장비를 방해할 수 있는 무선 방출 형태의 전자기 "잡음"을 생성하고, 전기 모터의 마력 출력을 감소시키며, 정확히 찾아내기 어려울 수 있습니다.
이러한 문제가 전력 시스템을 괴롭히면서 엔지니어와 기술자는 이러한 상태를 정확하게 감지하고 측정할 방법이 필요합니다.
전력 품질
전력 품질 은 AC 전력 시스템의 고조파 함량이 없는 상태를 나타내는 일반적인 용어입니다. "전력 품질" 미터는 어떤 형태의 고조파 함량 표시를 제공하는 미터입니다.
전력 품질 측정
기술자가 정교한 장비 없이도 시스템의 전력 품질을 판단하는 간단한 방법은 동일한 시스템 전압을 측정하는 두 개의 정확한 전압계 사이의 전압 판독값을 비교하는 것입니다. 한 계측기는 "평균화" 유형의 단위(예: 전기 기계식 운동 계측기)이고 다른 계측기는 "진정한 RMS" 유형의 단위(예: 고품질 디지털 계측기)입니다.
"평균" 유형의 미터는 측정되는 AC 전압이 사인파라는 가정에 따라 눈금이 볼트 RMS를 나타내도록 교정된다는 점을 기억하세요 . 전압이 사인파 모양이 아닌 경우 평균 미터는 적절한 값을 기록하지 않지만 , True-RMS 미터는 파형 모양과 관계없이 항상 적절한 값을 기록합니다.
여기서 중요한 원칙은 다음과 같습니다. 두 미터 사이의 차이가 클수록 전력 품질은 나빠지고 고조파 함량은 커집니다.
양질의 전력을 공급하는 전력 시스템은 두 계측기의 정격 오차 허용 범위 내에서 두 계측기 간에 동일한 전압 판독값을 생성해야 합니다.
전력 품질의 또 다른 정성적 측정은 오실로스코프 테스트입니다. 오실로스코프(CRT)를 AC 전압에 연결하고 파동의 모양을 관찰합니다. 깨끗한 사인파가 아닌 다른 것은 문제의 징후일 수 있습니다.
이것은 적당히 보기 흉한 "사인"파입니다. 여기에는 명확한 고조파 함량이 있습니다!
그래도 정량적 분석(확실한 숫자적 수치)이 필요한 경우, 그 목적에 맞춰 특별히 설계된 도구보다 더 나은 것은 없습니다.
이러한 기기를 전력 품질 계측기 라고 하며 전자계에서는 저주파 스펙트럼 분석기 로 더 잘 알려져 있습니다 . 이 기기가 하는 일은 CRT 또는 디지털 디스플레이 화면에 AC 전압의 주파수 "스펙트럼"을 그래픽으로 표현하는 것입니다.
프리즘이 백색광을 구성 색상 구성 요소(빛에 빨간색, 주황색, 노란색, 녹색, 파란색이 얼마나 포함되어 있는지)로 분할하는 것처럼 스펙트럼 분석기는 혼합 주파수 신호를 구성 주파수로 분할하고 그 결과를 히스토그램 형태로 표시합니다(아래 그림).
전력 품질 측정기는 저주파 스펙트럼 분석기입니다.
이 미터의 수평 눈금에 있는 각 숫자는 기본 주파수의 고조파를 나타냅니다. 미국 전력 시스템의 경우 "1"은 60Hz(1차 고조파 또는 기본 )를 나타내고, "3"은 180Hz(3차 고조파)를 나타내고, "5"는 300Hz(5차 고조파)를 나타냅니다.
검은색 사각형은 측정된 AC 전압의 각 고조파 성분의 상대적 크기를 나타냅니다.
순수한 60Hz 사인파는 "1" 위에 긴 검은색 막대만 표시되고, 스케일의 다른 주파수 표시 위에는 검은색 막대가 전혀 표시되지 않습니다. 순수 사인파에는 고조파 성분이 없기 때문입니다.
이러한 전력 품질 계측기는 오버톤 계측기라고 부르는 게 더 적절할 것입니다. 왜냐하면 전력 시스템에서 생성되는 것으로 알려진 주파수만 표시하도록 설계되었기 때문입니다.
3상 교류 전력 시스템(대전력 응용 분야에 주로 사용됨)에서는 짝수 번째 고조파가 상쇄되는 경향이 있으므로 유의미한 측정에 존재하는 고조파만 홀수 번째 고조파가 됩니다.