모델 명 ; PQFI
1. 고조파 필터의 필요성.
파워 일렉트로닉스의 지속적 기술 성장과 생(省)에너지의 필요에 따라 인버터, 위상제어 장치, 정류기, UPS, DC 컨버터 등 비선형부하가 많이 늘어나고 있다.
이런 비선형 부하의 증가는 전력 변환, 정밀 제어, 속도 조절, 에너지절약 등 부하 요구에 따른 것으로 진행 속도가 빠르다.
여기에 더해 사용자 욕구 또한 높아지고 부하 종류가 다양해 짐에 따라 그 응용범위 역시 점차 확대되는 모습이다.
이런 광범위하고 다양한 종류의 비선형부하는 파형을 왜곡시키고 고조파를 생성시키므로 전원 품질을 저하시키게 되는 데 전력설비는 물론 생산설비, 송 배전 전력망까지 장애(Trouble)를 초래해 경제적으로 막대한 손실을 가져오게 한다.
그러므로 이런 장애요인인 고조파에 대해 근본적 해결 조치가 필요하게 되는 데 여기에 최적화된 설비가 능동형 고조파 필터로 이는 계통 고조파를 97% 이상 제거 전력계통의 안정도를 향상시키게 된다.
(Without the PQF 전류, 전압 파형)
(With the PQF 전류, 전압 파형)
1). 고조파 발생원
⒜. 변압기 여자전류
⒝. 용접기
⒞. Arc Furnaces
⒟. S C R 교류 위상제어장치
⒠. A C / D C 정류기
⒡. Inverter, Converter
⒢. 컴퓨터 등 단상 정류장치
⒡. S M P S(Switched-Mode Power Supply) & Dimmer(조광기), 전자식 안정기 등.
2). 고조파 문제점(영향).
⒜. 전기설비의 과열 및 소손(콘덴서, 리액터, 변압기, 케이블, 발전기)
⒝. 제어시스템의 불안정
⒞. 전압변동
⒟. 중성선에 대 전류(영 상분 고조파)
⒠. 통신 및 O A기기 장애
⒡. 회전기 과부하
⒢. 역률 저하 및 전력손실
⒣. 소음 및 진동
⒤. Flat-topping (정현파 전압의 피크치가 낮아지는 현상)
⒥. 보호계전기, 제어장치 오동작 및 차단기 트립
⒦. 생산설비 Trouble.
3). 대책.
⒜. 억제 대책 ; 리액터를 설치 고조파 발생원으로부터의 계통 유입을 억제
⒝. 흡수 대책 ; 대상 고조파에 대해 분로회로를 만들어 흡수
⒞. 제거 대책 ; 능동필터를 설치 발생고조파를 상쇄 제거(효과가 가장 우수하다)
⒟. 그 외 ; Phase Shift T R, 단락용량 상승, 계통분리, 펄스 수 증가, PWM 컨버터 등
2. 고조파 필터 개요.
능동형 고조파 필터는 비선형부하에서 발생된 고조파성분을 정밀 분석하여 전원과 상위단 부하에 고조파가 유입되지 않도록 필터링하는 것으로 계통 고조파 문제를 해결한다.
또한 용량 여유분은 역률 개선과 상 불평형을 해소시키므로 전원 품질 향상에 기여하게 된다. 이와 더불어 계통임피던스 변화에 어떠한 영향도 주지 않아 직-병렬 공진 발생이 없고 수동필터 대비 기대수명이 길어지며 유지보수 및 운전이 쉽고 간단하다.
3. ABB 능동형 필터의 특징.
1). 컬러 터치스크린 타입의 컨트롤러로 한글이 지원되며 사용자 접근이 쉽고 간단하다.
2). 알고리즘이 정밀해 오차계급(Accuracy Class) 1.0 C T의 사용이 가능하다.
3) 상(Phase)별 고조파 필터링은 물론 무효전력을 보상 할 수 있어 부하 역률 개선과 상 불평형을 해소할 수 있다.
4). 노칭전압(Notching Voltage)에 대한 보호기능으로 필터내 아웃풋 필터(Output Filter)를 설치 노칭포함 외란(Disturbance)으로 부터 필터를 보호한다.
5). 정전 후 복전 시에는 별도의 도움 없이 자동운전으로 복귀한다.
6). 주위환경 온도변화에 자체적으로 Derating하므로 과열없이 운전하게 된다.
7). RS485 Modbus 통신이 지원된다. (Optional)
8). 개별 고조파에 대한 설정이 가능해 특정 고조파만을 선별해 제거할 수 있다.
9). 완전 이중화(Full Redundancy) 운전이 가능하다. (Master 사용)
10). 부하 증설에 맞춰 별도의 컨트롤러 추가 없이 파워 모듈 8개까지 설치해 필터 용량을 키울 수 있다.
11). 운전 및 유지보수가 쉽고 간단해 현장 엔지니어의 호응도가 높다.
12). 세계 시장에서 공신력이 입증된 필터로 필터링 능력이 무엇보다 뛰어나다.
4. 일반 사양.
1). 구성 및 기능
⒜. 당 필터는 IGBT를 포함 기타 부속품으로 구성되고 고조파 발생 부하에 병렬 설치해 사용하는 것으로 계통
임피던스에 영향을 주어선 안 된다.
⒝. 당 필터는 부하 측 고조파성분을 연속적으로 분석해 부하 측 고조파와 정반대되는 반대 위상의 고조파 전류를
부하 선로에 공급하는 것으로 전원이 IEEE Std 519™- 2014(Revision of IEEE Std 519-1992)의 규정을 빠르게
만족한다.
⒞. 당 필터는 각 상(Phase)에 불 평형 편차를 보상하는 Load Balancing 기능을 갖추어야하며 Load Balancing에
대한 설정 기능이 있어야 한다. 또한 부하 역률을 개선시킬 수 있어야 하고 지상과 진상 역률에 대한 목표설정이
가능해야 한다.
⒟. 당 모델 P Q F I는 2차 고조파에서부터 50차 수 고조파까지 부하 측 고조파성분을 정밀 분석하여 필터링할 수
있어야 하고 2차에서 50차 수 고조파 중 20개 차수 고조파를 선택 선별해 필터링시킬 수 있어야 한다.
⒠. 당 필터는 부하 측 고조파량과 관계 없이 필터 정격용량까지 보상하며 이 때 필터의 정격출력 전류가 필터 전면
표시창에 표시돼야 한다.
⒡. 당 필터는 디지털 방식으로 제어가 돼야 하고 정밀한 제어 및 신속한 응답 특성을 위해 폐 루프 제어계
(Closed-loop Control System)를 적용해야 한다. 이 경우 반응속도(Reaction time) 0.5cycle,
응답속도는(Response time) 40ms 이내여야 하며 부하측 고조파 검출용 CT는 오차계급(Accuracy Class)
1.0을 사용할 수 있어야 한다.
⒢. 정전 후 복전 시 주 전원이 재투입될 때 투입 지연에 따른 망각 손실이 없도록 자동 재투입이 가능해야 한다.
⒣. 당 필터는 부하 측 과도현상에 영향을 받지 않아야 하며 순시 최고 전류에 대한 내량(耐量)이 실효치(rms)
전류의 3배 이상 이어야 한다.
⒤. 당 필터의 용량 증설은 Controller 추가 없이 Power Module만을 병렬 연결하여 증설할 수 있도록 쉽고 간단한
구조로 제작돼야 한다.
⒥. 사용 현장에 별도의 측정 장비가 없더라도 필터링된 부하 측 고조파가 그래프 그리고 텍스트로 패널 전면에
Monitoring 되어야 하며 또한 계통 움직임과 관계 없이 부하 변화에 대해 사용자가 수시로 조작하고 설정할 수
있도록 해야 한다.
⒦. Active filter의 controller는 전력 계통의 주파수와 C T극성을 확인해 자동으로 감지 교정하는 기능이
있어야 한다.
⒧. Active filter의 내부 온도 냉각을 위해 외함 상부를 통풍 구조로 하고 상부로부터 이물질 침투가 없도록 외함
상부에 보호판이 설치돼야 한다.
⒨. Slave의 Power module이 정지되면 나머지 건전한 Power module만으로도 별도의 현장 조치 없이 연속운전이
가능해야 한다.
⒩. 시운전은 물론 사용 중일 때 전원부는 작업자가 접촉 할 수 없도록 격벽 구조로 제작돼야 한다.
⒪. 내부 PWM Reactor 및 Line reactor에 대해 Over temperature 보호 기능을 갖추어야 한다.
⒫. 제어전원용 보조 변압기를 내장하여 계통전압에 따라 제어 전원이 쉽게 변경 가능 하도록 조치 돼야 한다.
⒬. 필터 용량 450 A 까지는 Master + Slave 구조가 아닌 단일 Power 모듈로 구성된다.
⒭. 전면 모니터링화면은 Color 터치스크린 방식이어야 하고 모든 화면의 메뉴 및 설명은 한글로 표시되어야 한다.
⒮. 필터는 주위 온도에 따라 연속운전이 가능하도록 용량 저감이 1% 단위로 설정되어야 한다
⒯. 고조파 보상 및 무효전력 보상을 위한 운전 모드 설정 기능이 있어야 하고 고조파 보상 시 특정 차수 보상을
1 A 단위로 설정 가능해야 한다.
⒰. 당 필터의 운전 상태를 RS485 Modbus(Optional), Modbus TCP(Ethernet) 등의 통신을 통해 원격으로 감시할
수 있어야 한다.
2). 적용 규격 / 인증
IEC, EN-60439-1, EMC 인증(EN/IEC 61000-6-2, EN/IEC 61000-6-4) / CE, cUL & Ctick
5. 기술 사양.
1). 전기적 특성
본 장치는 다음과 같은 전기적 특성 및 성능을 만족하도록 설계, 제작되어야 한다.
⒜. 입력
ⓐ. 상수 = 3상 3선식
ⓑ. 정격 전압 = V1 ; AC 208~480 V
V2 ; AC 480~690 V
ⓒ. 정격주파수 = 60Hz ± 5%
ⓓ. 전압변동범위 = ±10%
⒝. 출력
ⓐ. 정격 보상 용량 = V1 ; 300, 450 A / V2 ; 180, 320 A
ⓑ. 고조파 전류 보상 = 2차 ~ 50차 중 20개까지 선택 선별해 필터링.
ⓒ. 고조파 저감 율 = 97% 이상
ⓓ. 역률 보상 및 설정 = 지상 60 %에서 진상 60 %까지
ⓔ. 응답 속도 = Closed loop 제어계, 순시 0.5cycle 이내, 완전 고조파 저감까지의 속도는 40ms 이내.
ⓕ. Load Balancing = 1.0 [PU]
ⓖ. RS-232 Port, RS485 Modbus (Optional), Modbus TCP(Ethernet) 통신을 이용한 원격조정
ⓗ. 과부하 = 부하 측 발생 고조파량과 관계 없이 정격용량 내에서 고조파 전류가 보상되고 정격용량을
초과하는 부분은 보상되지 않아 과부하 되지 않는다.
2). 일반적 특성
⒜. 냉각 방식 = 강제 풍냉식
⒝. 정격 = 100 % 연속
⒞. 사용 온도 = -5℃ ~ +40℃
⒟. 습도 = 최대 95 % RH
⒠. 고도 = 해발 1 000m 이하(운전 시)
⒡. IP(Ingress Protection) 등급 = IP21 (Optional = IP41 and IP54)
3). Active Filter 동작 Mode 변경
Active Filter는 고조파 보상 후 역률 개선 그리고 Load Balancing 등의 운전조건 선택이 가능해야 한다.
Filter동작 Mode와 Hardware 설정은 Password로 보호돼야 한다.
4). 설치 특기
⒜. 크기(Dimension W x D x H) & 중량(Weight) = 800 x 600 x 2150mm & >750kg
⒝. 설치 고정(Fixation) = 자립형(Free standing cubicle)
⒞. 케이블 인입(Cable entry) = 하부(Bottom)
⒟. C T = 3-CT(L1, L2, L3) / 오차계급(Accuracy Class) 1.0 사용 가.
5). 전면 표시 창
⒜. 전면 표시창에는 전압, 전류, 전력, 온도 등의 데이터와 파형 및 고조파 스펙트럼을 볼 수 있어야 한다.
⒝. Active Filter의 고조파 필터링 상황을 Text와 그래프로 볼 수 있어야 하고 그 표시 항목은 다음과 같다.
ⓐ. Active Filter 동작 상태 ; Filter 용량 %, Event 기록 및 Error 메시지
ⓑ. Network 상태 ; 선간 전압 rms, 선 전류 rms, 전압 THD, 전류 THD, 주파수, 기본파 전압과 전류,
유효-무효-피상전력, 기본파 역률 DPF, 역률 PF, IGBT온도, Main control board온도, DC bus 전압,
부하율.
ⓒ. Waveform ; 선간 전압, 선 전류.
⒞. 전면 표시창에는 Active Filter의 자가 진단 기능과 고장에 대한 경보기능을 갖추어야 한다.
전면표시창은 Color 색상의 한글로 지시되어야 하며 터치스크린 방식으로 구동돼야 한다
6. Active filter 주요 부품.
1). PQFI Power Circuit
| No | 부 품 명 | |||||
| 1 | IGBT (DC capacitor 포함) | |||||
| 2 | DC bus Capacitor | |||||
| 3 | PWM 리액터 | |||||
| 4 | Output 필터 | |||||
| 5 | Preload 회로 | |||||
| 6 | Filter 회로 차단기 | |||||
| 7 | 제어회로 퓨즈 | |||||
2). PQFI 전면부
| No | 부 품 명 | |||||
| 1 | CT 결선 단자 | |||||
| 2 | Filter panel 차단기 | |||||
| 3 | 제어회로 보호용 fuse | |||||
| 4 | PQF-Manager 사용자 interface | |||||
3). PQFI 하부
| No | 부 품 명 | |||||
| 1 | Filter panel 차단기 | |||||
| 2 | 제어회로 보호용 fuse | |||||
| 3 | 제어회로용 보조 Tr | |||||
| 4 | DC Power 공급기 | |||||
| 5 | Pre-load contactor (master module ) | |||||
| 6 | CT 결선 단자 | |||||
| 7 | PWM reactor | |||||
| 8 | Output reactor | |||||
| 9 | 접지 단자 | |||||
4). PQFI 중앙부
| No | 부 품 명 | |||||
| 1 | DC Capacitor | |||||
| 2 | IGBT 냉각 팬 | |||||
| 3 | DC Capacitor 방전 저항 | |||||
| 4 | 냉각 팬 결선용 단자 대 | |||||
5). PQFI 상부
| No | 부 품 명 | |||||||||
| 1 | Active filter PQFI – Output filter reactor | |||||||||
| 2 | Active filter PQFI – Output filter resistors | |||||||||
| 3 | Active filter PQFI – Output filter capacitors | |||||||||
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