ABB 능동형 고조파필터
모델 명 ; PQFM
1. 고조파 필터의 필요성.
파워 일렉트로닉스의 지속적 기술 성장과 생(省)에너지의 필요에 따라 인버터, 위상제어장치, 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(Switch Mode Power Supply) & 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 보상할 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 복전시에는 별도의 도움 없이 자동운전으로 복귀한다.
6). 주위환경 온도변화에 자체적으로 Derating 하므로 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 고조파발생 부하에 병렬설치해 사용하는 것으로 계통 임피던스에 영향을 주어선 안된다.
⒝. 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 불평형 편차를 보상하는 Load Balancing기능을 갖추어야 하며 Load Balancing에 대한 설정기능이 있어야 한다. 또한 부하 역률을 개선할 수 있어야 하고 지상과 진상 역률에 대한 목표설정이 가능해야 한다.
⒟. 당 모델 P Q F M은 2차 고조파에서 부터 50차수 고조파까지 부하 측 고조파성분을 정밀 분석하여 필터링할 수 있어야 하고 2차에서 50차수 고조파 중 20개 차수 고조파를 선택 선별해 필터링 시킬 수 있어야 한다.
⒠. 당 필터는 부하 측 고조파량에 관계 없이 필터 정격용량까지 보상하며 이 때 필터의 정격출력 전류가 필터전면 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 반응 속도(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 용량증설은 Controller추가 없이 Power Module만을 병렬 연결하여 증설할 수 있도록 쉽고 간단한 구조로 제작 돼야 한다.
⒥. 사용 현장에 별도의 측정 장비가 없더라도 필터링 된 부하 측 고조파가 그래프 그리고 텍스트로 판넬 전면에 Monitoring되어야 하며 또한 계통 움직임에 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 설치 돼야 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.
⒫. 제어 전원용 보조 변압기를 내장하여 계통전압에 따라 제어 전원이 쉽게 변경 가능하도록 조치 돼야 한다.
⒬. 필터 용량 150A 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 ; 70, 100, 130, 150 A / V2 ; 100 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 제어 계, 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) = 600 x 600 x 2150mm & >260kg
⒝. 설치 고정(Fixation) = 자립형(Free standing cubicle)
⒞. 케이블 인입(Cable entry) = 상부 또는 하부(Top or Bottom) / 발주 시 명기
⒟. 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, 전압THD, 전류THD, 주파수, 기본파 전압과 전류, 유효-무효-피상전력, 기본파 역률 DPF, 역률 PF, IGBT 온도, Main control board 온도, DC bus 전압, 부하율.
ⓒ. Waveform ; 선간 전압, 선 전류.
⒞. 전면 표시창에는 Active Filter의 자가 진단기 능과 고장에 대한 경보기능을 갖추어야 한다.
⒟. 전면표시창은 Color 색상의 한글로 지시되어야 하며 터치스크린 방식으로 구동돼야 한다
6. Active filter 주요 부품 .
| No | 부품 명 | No | 부품 명 | ||||
| 1 | Main contactor | 9 | 접지 단자 | ||||
| 2 | 제어 회로용 보호 퓨즈 | 10 | IGBT 및 DC Capacitors | ||||
| 3 | 제어 회로용 보조 T R | 11 | Main 제어보드 | ||||
| 4 | DC Power 공급기 | 12 | IGBT 냉각 팬 | ||||
| 5 | C T 결선 단자 | 14 | 냉각 팬 결선용 단자 대 | ||||
| 6 | Pre-load 저항기 | ||||||
| 7 | Pre-load 다이오드 | ||||||
| 8 | 접지 단자 | ||||||
7. Product webpage.
