1. 배 경
□「배전계통 고조파 관리기준(잠정)」('08.9, 배전품질팀) 적정성 검증
○ 본격적용에 앞서 업무처리 절차 등에 대한 개선사항 도출
□ 기준 적용을 위한 고조파 전류 계산 프로그램 알고리즘 정확성 검증
2. 추진경위
□ “배전계통 고조파 관리기준 연구”(전력연구원) : ’02.9～’04.12
□ “고압수용가 고조파 대책수립 및 환산계수 산정기술 개발” 연구(전기연구원) : ’05.3～’07.2
□ 배전계통 고조파 관리 본격추진 요구 감사원 감사 지적 : '06.3
□ 신개념 전기품질 관리계획 수립(배전품질팀, 사장 보고) : ’08.1
□ 배전계통 고조파 관리기준(안) 수립(전무 보고) : ’08.9
□ 전기품질 기준․정책업무 이관(배전기기개발팀→ 배전계획팀) : ’09.2
□『배전계통 신개념 전기품질 관리 추진 T/F』구성․운영 : '09.6
□ 정 의
○ 기본 주파수(60Hz)의 정수배에 해당하는 주파수를 가지는 파형
□ 발생원인
○ 고조파 왜곡은 계통 내에 존재하는 비선형 부하에 의하여 발생
- 비선형 부하 : 인가된 전압에 전류가 비례하지 않는 부하의 형태
☞ 직류 정류기 전원장치, DC 모터 속도제어장치, 인버터 등 전력전자 반도체 사용기기
○ 전력계통에 순수한 정현파의 전압이 인가되더라도 고조파 전류가 계통에 흐르면 계통의 전압 파형이 왜곡될 수 있음
- 비선형 부하가 계통으로 고조파 전류를 흘리는 소스 역할을 함
- 전압 왜곡의 정도는 계통의 임피던스와 전류에 영향을 받음
□ 성 분
○ 기수 고조파(Odd harmonics) : 기본파의 홀수배인 주파수의 고조파
- 전력계통 내의 고조파는 일반적으로 기수 고조파만 포함
○ 우수 고조파(Even harmonics) : 기본파의 짝수배인 주파수의 고조파
- 우수 고조파의 검출 여부는 주로 계통의 고장을 진단하는 데 사용됨
□ 영 향
○ 변압기 등 전력기기 소음 발생, 선로손실 증가, 전력설비 열화 촉진, 보호기기 오동작으로 인한 선로 정전 등 유발
4. 현 황
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◈「전기사업법」제18조 (전기품질의 유지) ① 전기사업자는 지식경제부령이 정하는 바에 따라 그가 공급하는 전기의 품질을 유지하여야 한다. ◈「전기사업법 시행규칙」[별표 3] 비고 제3호 구체적인 품질유지항목 및 그 세부기준은 지식경제부장관이 정하여 고시한다. ◈「전력계통 신뢰도 및 전기품질 유지기준」(지경부 고시) 제7조(고조파 및 플리커 허용치) ① 전기사업자는 전기설비의 고조파와 플리커 허용치를 전력계통이 안정적으로 유지될 수 있도록 합리적으로 설정하여 운영하여야 한다. ◈「기본공급약관」제39조 (전기사용에 따른 보호장치 등의 시설) ① 고객이 다음 중 하나의 원인으로 다른 고객의 전기사용을 방해하거나 방해할 우려가 있을 경우 또는 한전의 전기설비에 지장을 미치거나 미칠 우려가 있을 경우에는 고객의 부담으로 한전이 인정하는 조정장치나 보호장치를 전기사용장소에 시설해야 하며, (후략) 4. 현저한 고조파(高調波)를 발생할 경우 ◈「기본공급약관」제45조 (고객의 책임으로 인한 공급의 정지) ② 고객이 다음 중의 하나에 해당하고 한전에서 그 사유의 해소를 요청해도 시정하지 않을 경우에는 그 고객에 대한 전기공급을 정지할 수 있습니다. 6. 제39조(전기사용에 따른 보호장치 등의 시설) 제1항에 따른 조정장치나 보호장치를 시설하지 않은 경우 ◈「기본공급약관 시행세칙」제30조 (고객의 책임으로 인한 공급의 정지) ② 약관 제45조(고객의 책임으로 인한 공급의 정지) 제2항에 해당하는 고객은 공급정지 사유의 해소를 요청한 후 10일이 경과하여도 시정하지 않을 경우에 시행한다. 다만, 한전에서 인정하는 경우에는 예외로 할 수 있다. ◈「기본공급약관 시행세칙」제26조 (전기사용에 따른 보호장치 등의 시설) ① 아크로, 전기철도 등에 전력을 사용하는 고객으로서 플리커나 고조파(이하 "플리커 등"이라 한다)가 발생하여 다른 고객의 전기사용을 방해할 우려가 있는 고객에 대해서는 한전에서 플리커 등을 검토해야 한다. ③ 플리커 등을 검토한 결과가 다음에서 정한 허용기준치를 초과할 경우에는 고객의 부담으로 보호장치를 시설해야 한다. 2. 고조파 허용 기준치
주) IEC(계획레벨 6.5%), IEEE(5%) 등 현행 국제기준보다 강화된 기준치로서 명확한 근거(과거 일본규정 준용) 및 세부 적용방법에 대한 규정이 없어 사문화(死文化)됨 ◈「신규업무처리지침」제2장 제4절 제1항 나호(고조파의 검토) (1) 적용대상 (가) 66kV 이상 및 당사의 변전소에서 전용으로 공급하는 고조파를 발생하는 전력변환장치를 시설하는 신증설 고객 (2) 적용기준 : 고조파의 예측계산, 공급조건 등 이에 관련한 사항은 고조파 허용 잠정 기준(82년 6월 제정)에 준한다. ☞ 배전전압 수전고객에 대한 고조파 검토절차 부재 및 구식화 기준 인용 | |||||||||||||||||||
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※ 관련 용어 설명[← IEC 6100-3-6] ☞ 계획레벨(Planning level) : 모든 부하 설비로부터 유출되는 고조파가 공급계통에 미치는 영향을 검토하는데 있어서 사용되는 고조파 제한범위에 대한 기준값으로서, 전력회사가 계통 전기품질 관리를 목표로 적합성 레벨보다 같거나 작게 설정한다. ☞ 적합성 레벨(Compatibility level) : 전력회사는 항상 계통의 모든 것을 제어할 수 없다는 사실을 전제로 전체 계통의 전자기 적합성을 보증하기 위해 전력계통의 일부 또는 전력계통에 의해 공급되는 기기의 고조파 내성과 유출의 정합을 위해 설정된 기준값으로서, IEC 기준에서는 종합 고조파 왜형률(THD) 8% 이하로 정하고 있다. ☞ 종합 고조파 왜형률(THD : Total Harmonic Distortion) : 계통전압/전류의 고조파는 파형의 찌그러짐 정도로 평가하는데 보통 종합 고조파 왜형율로 평가한다. 종합 왜형률은 기본 성분의 실효값에 대한 특정 차수(H차)까지의 모든 고조파 성분의 실효값 총합의 비율을 말하며 다음과 같이 나타낸다. THD = 여기서, Q는 전류나 전압, Q1은 기본 성분의 실효값, h는 고조파 차수, Qh는 h차 고조파의 실효값을 의미한다. |
□ 배전계통 고조파 수준
○ 측정배경 : 전력연구원 연구과제 일환으로 국내계통 고조파 수준 측정
○ 측정기간 : '04. 1～12(1년간)
○ 측정개소 : 34개소(공업지역 3, 상업지역 13, 주거지역 18)
○ 측정결과 : 배전선로 고조파 전압 왜형율(THD) 평균값 2～3%
※ 일부개소에서 국내 기준값(3%) 및 국제 기준값(5% 수준) 초과
☞ 고조파를 일정수준 이하로 관리하기 위하여 고객측에서 배전계통으로 유입되는 고조파 방출량 제한 필요
□ 고조파로 인한 고장현황
○ 최근 반도체 응용기기 등 비선형 부하의 급증과 전기품질에 민감한 기기보급 확대에 따라 고조파로 인한 정전(고장) 증가
○ 고조파로 인한 고장은 원인규명이 어려워 체계적 정전통계 관리 곤란
☞ 고조파 관련 고장사례 : 붙임 1
□ 해외 고조파 관리현황
○ 대부분의 선진 전력회사에서 계통의 고조파 허용기준을 설정하고 고객의 고조파 방출량을 제한하는 개념으로 관리하고 있음(붙임 2)
5. 기준 주요내용
□ 제정방향
○ 기준적용의 실효성 및 정당성 확보를 위해 국제표준인 IEC 규격(IEC 61000-3-6 Std)을 바탕으로 하되 국내환경에 맞도록 보완하여 수립
□ 주요내용
○ 개 요
- 일정용량 이상 신․증설 고객에 대해 배전계통의 고조파 전압 허용 목표수준(계획레벨)에 의한 고객측 고조파 전류 제한값을 할당
- 대상 고객으로부터 고조파 발생기기 집계표를 제출받아 기기별 고조파 전류 방출값을 산출하여 고객측 대책수립 필요여부 검토․안내
○ 배전계통 고조파 관리업무 절차
1,000kW 미만
※ 현「배전계통 고조파 관리기준(잠정)」은 주로 Stage 1, 2(신규공급시 검토) 부분에 대해서만 규정하고 있음
- Stage 3, 4(고조파 측정 등 사후관리) 부분에 대한 세부 업무절차는 배전계통 전기품질 모니터링(PQM) 시스템 운영 본격화시 별도로 검토․보완할 예정이나,
- 필요시 사업소 자체적으로 휴대용 측정장치를 구매․활용하여 잠정관리 가능
□ 세부내용
○ 고조파 검토대상 고객 선정
- IEC 기준에서는 계약전력이 계통 단락용량의 0.2%를 초과할 경우 고조파 검토대상으로 되어 있으나,
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※ 단락용량 = ※ 배전선로 단락용량 : 93～191MVA[← 전력연구원 연구결과] ☞ 단락용량의 0.2%에 해당하는 계약전력 : 약 167～344kW(역률 90% 기준시) |
- 시범적용 기간 중에는 우선 전기사업법 73조에 의한 전기안전관리자 선임대상인 “1,000kW 이상 신․증설 고객”을 검토대상으로 하고,
- 향후 본격적용시「신규업무처리지침」상 사업소 공급방안 심의대상인 “500㎾ 이상 신․증설 고객” 등으로 검토대상 확대 고려
○ 배전계통의 고조파 전압 허용 목표수준 설정
- 계통의 고조파 전압 허용치는 IEC 기준의 계획레벨 개념을 준용하되,
- 전력연구원 연구결과를 반영하여 향후 고조파 상승분, 송전계통의 전달특성 등을 고려해 종합 고조파 왜형률(THD) 5% 이하로 결정
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○ 고객측 고조파 전류 제한값 할당
- 배전계통의 고조파 전압을 허용 목표수준 이하로 유지하기 위해서는 고객으로부터 계통에 유입되는 고조파 전류 발생량을 제한하여야 함
- IEC 기준에 의거 송․배전계통의 계획레벨 및 고객설비의 계약전력, 검토지점 등을 고려하여 고객측 고조파 전류 제한값 할당
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※ 고객측 고조파 전류 제한값 할당 방법[← IEC 6100-3-6] ☞ 전력연구원 개발 프로그램("Harmonic Limit Program")을 활용하여 산정 1) 배전계통 전 부하에 대한 고조파 전압 허용치 산정
여기서, 각 기호의 의미는 다음과 같다. GhMV+LV : 배전계통(저압 포함) 전 부하에 할당할 수 있는 h차 고조파 전압 허용치 LhMV : h차 고조파 전압의 배전계통 계획레벨 LhUS : h차 고조파 전압의 상위계통(송전계통) 계획레벨 ThUM : h차 고조파 전압의 송전계통에서 배전계통까지 전달계수 2) 개별 고객측 고조파 전류 제한값 할당 - 개별고객은 다음 식과 같이 전체 배전계통 공급용량에서 고객이 차지하고 있는 용량만큼 고조파 전압 유출 제한값을 할당받게 되며,
- 개별고객의 고조파 전류 유출 제한값은 검토지점의 임피던스에 의해 다음과 같이 나타낸다.
여기서, 각 기호의 의미는 다음과 같다. EUhi : 고객 i의 h차 고조파 전압 유출 제한값 Si : 고객 i의 계약전력, St : 전체 배전계통의 공급용량 EIhi : 고객 i의 h차 고조파 전류 유출 제한값 Zhi : 고객 i에 대한 검토지점에서의 h차 고조파 임피던스 |
○ 고객설비 고조파 전류 방출값 산정 및 고조파 저감대책 필요여부 판정
- 신규공급 이전에 고객설비에서 방출되는 고조파 전류를 산출하여 해당 고객에게 할당된 고조파 전류 제한값 만족여부를 검토해야 함
- 고객으로부터 고조파 발생기기 현황을 제출받아 기기별 고조파 전류 발생률, 가동률, 계약전력 등을 고려하여 고조파 전류 방출값 산출
- 산출된 차수별 고조파 전류 방출값과 할당된 차수별 제한값을 비교하여 필터 설치 등 고객측 고조파 저감대책 수립 필요여부 판정
- 검토대상 고조파 차수 : 25차 이하(정상 및 역상분)
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※ 고객설비의 고조파 전류 방출값 산정 방법[← 전기연구원 연구결과] ☞ 전기연구원 개발 프로그램("Harmsol Program")을 활용하여 산출 1) 고객 제출서류 검토 - 고조파 발생기기 집계표, 기기별 보상장치 명판 사본(보상장치가 있을 경우) 2) 기기 단위 차수별 고조파 전류 방출값 산정 - 기기 단위 차수별 고조파 전류 방출값 = 기기 정격전류 × 대수 × 최대 가동률 × 차수별 고조파 전류 발생률 3) 차수별 총 고조파 전류 방출값 산출 - 차수별 총 고조파 전류 방출값 = 기기 단위 차수별 고조파 전류 방출값 총합 × 계약전력에 대한 보정계수(β) 여기서, β값은 계약전력에 따라 다음과 같이 적용
주) 상기 표에 미명시된 계약전력에 대해서는 보간법을 이용하여 β값 산정 |
5. 시범적용 계획
□ 시범적용 목적
○ 배전계통 고조파 관리기준 및 검토 프로그램의 적정성 검증
○ 약관 시행세칙 및 신규업무처리지침 개정을 위한 개선사항 도출
□ 대상 고객 : 계약전력 1,000kW 신․증설 고객
○ 고조파 관리에 대한 고객의 이해를 높이고 협조를 원활히 하기 위해 전기안전관리자 선임대상인 1,000kW 이상을 시범적용 대상으로 정함
□ 대상 사업소 : 사업총괄본부 산하 전 본부 지사 및 지점
○ 전 사업소 시범적용 사유
- 1,000kW 이상 신증설 고객에 대한 제출서류 및 고조파 검토 절차 추가로 인한 지역간 형평성 관련 민원 예방
- 향후 관련기준 정립의 지표가 될 수 있도록 최초로 도입하는 신개념 전기품질 관리기준의 적정성에 대한 폭넓은 현장의견 수렴 필요
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[참고] 연간 계약전력 1,000kW 이상 배전 신규고객 접수현황(2008년)
주) 2차사업소당 평균 검토대상 건수 : 연간 12건(월 1건) ☞ 출처 : 영업통계시스템 추출자료(전력IT추진처 영업정보팀, 붙임 3 참조) |
□ 시범적용 기간 : '09. 7 ～ '10. 6(12개월)
□ 시범적용 방법 : 붙임 4「배전계통 고조파 관리기준(잠정)」에 따라 시행
6. 향후계획
□「배전계통 고조파 관리기준(잠정)」사업소 교육 : 7.10
○ 교육내용 : 기준내용, 업무절차, 고조파 검토 프로그램 사용법 등
□「배전계통 고조파 관리기준(잠정)」시범적용 : '09.7～'10.6
□「배전계통 고조파 관리기준(잠정)」시범적용 결과 평가 : '10.7
○ 기준 및 업무절차, 검토 프로그램에 대한 개선사항 도출․보완
□ 배전계통 고조파 관리기준 본격적용 : '10.8
○ 기준내용을 공급약관 시행세칙, 신규업무처리지침 등에 반영
○ 분산형전원 배전계통 연계 기술기준상 고조파 관리항목 개정 검토
○ 고조파 발생 기기별 고조파 전류 방출값 산정기준 지경부 인가 추진
붙 임 : 1. 주요 국가별 고조파 관리현황
2. 배전계통 고조파 관리기준(잠정)[별도]
한전고조파관리기준.hwp