본질적으로 유도로는 주로 크고 비선형적인 부하이기 때문에 심각한 전력 품질 문제를 야기합니다. 용융에 필요한 고주파로 표준 계통 주파수를 변환하는 데 사용되는 전력 전자는 전류를 원활하게 끌어오지 않고, 왜곡된 펄스로 끌어오기 때문에 고조파 왜곡, 낮은 역률 및 전압 변동을 초래하여 전력망과 주변 장비를 방해할 수 있습니다.
핵심 문제는 용광로의 용융 공정 자체가 아니라, 용광로에 전력을 공급하는 전력 변환 단계입니다. 용광로 작동의 기본이 되는 정류기 및 인버터 시스템은 관리해야 할 전기 교란의 주요 원인입니다.
근본 원인: 전력 변환 전자 장치
유도로는 계통 전력을 직접 사용할 수 없습니다. 금속 충전물에 열을 유도하는 데 필요한 중주파 또는 고주파 AC(150Hz ~ 10,000Hz)로 유틸리티의 표준 50/60Hz AC를 변환하는 전원 공급 장치가 필요합니다. 이 변환 과정이 거의 모든 전력 품질 문제의 원인입니다.
정류기의 역할
변환의 첫 번째 단계는 들어오는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 정류기입니다. 대부분의 대형 용광로는 사이리스터(SCR)로 구성된 위상 제어 정류기를 사용합니다.
이러한 장치는 들어오는 AC 전압 파형을 "잘게 썰어" 용광로의 전력을 제어합니다. 각 사이클의 일부 동안만 전도되므로 부드러운 사인파 대신 짧고 날카로운 펄스로 전류가 흐르게 됩니다.
고조파 왜곡의 원인
이러한 펄스형 비정현 전류 흐름은 고조파 왜곡의 정의입니다. 왜곡된 전류 파형은 기본 주파수(50/60Hz)와 여러 정수배 주파수(100/120Hz, 150/180Hz 등)로 구성됩니다.
이러한 고조파 전류는 전력망으로 다시 흘러 들어가 동일한 회로의 모든 사용자에 대한 전압을 왜곡합니다. 표준 6펄스 정류기에 가장 문제가 되는 고조파는 5차, 7차, 11차 및 13차입니다.
역률의 이중 문제
유도로는 두 가지 방식으로 역률을 저하시켜 종종 0.80 미만의 매우 낮은 전체 역률을 초래합니다.
- 변위 역률: 사이리스터 제어는 전압과 기본 전류 사이에 위상 지연을 유발하여 낮은 변위 역률을 생성합니다.
- 왜곡 역률: 고조파 전류의 존재는 모든 전류가 유용한 작업을 수행하지 않음을 의미하며, 이는 왜곡 역률을 낮춥니다.
유틸리티는 낮은 역률에 대해 상당한 재정적 벌금을 부과하는 경우가 많습니다. 이는 유틸리티가 소비되는 유효 전력(kW)보다 더 많은 피상 전력(kVA)을 공급해야 하므로 인프라에 부담을 주기 때문입니다.
전압 강하 및 플리커
용광로의 용융 사이클은 전력 수요의 거대하고 급격한 변화를 포함합니다. 많은 양의 충전물이 추가되거나 용광로가 처음 가동될 때 엄청난 돌입 전류를 끌어옵니다.
이러한 갑작스러운 높은 전류 흐름은 지역 계통에 일시적인 전압 강하 또는 새그(sag)를 유발합니다. 이러한 전력 변동이 빈번하고 주기적이면 전압 플리커라는 현상을 유발하며, 이는 조명에서 깜빡임으로 나타나 민감한 전자 장비를 방해할 수 있습니다.
결과 이해
이러한 전력 품질 문제를 무시하는 것은 선택 사항이 아닙니다. 이는 가시적인 운영 및 재정적 문제로 이어지기 때문입니다.
과열 및 장비 고장
고조파 전류는 변압기, 도체 및 모터에 추가적인 열을 발생시킵니다. 이 과도한 열은 절연체의 열화를 가속화하고 장비의 조기 및 예상치 못한 고장으로 이어질 수 있습니다.
민감한 전자 장치의 오작동
현대 산업 공장은 PLC, 컴퓨터 및 가변 주파수 드라이브(VFD)에 의존합니다. 고조파로 인한 전압 왜곡은 논리 오류, 데이터 손상 및 이러한 중요한 제어 시스템의 완전한 종료로 이어질 수 있습니다.
유틸리티 벌금 및 규정 준수 문제
대부분의 전기 유틸리티는 고객이 계통에 주입할 수 있는 고조파 왜곡량에 대한 엄격한 제한을 두고 있습니다(예: IEEE 519 표준). 이를 준수하지 않으면 막대한 벌금이 부과되거나 심지어 연결 해제 위협을 받을 수 있습니다.
공진의 심각한 위험
일반적이지만 잘못된 해결책은 단순히 역률 보정 커패시터를 추가하는 것입니다. 유틸리티 변압기의 인덕턴스는 이러한 커패시터와 결합하여 공진 회로를 생성합니다. 이 회로의 공진 주파수가 용광로의 주요 고조파(예: 5차 또는 7차) 중 하나에 가까우면 고조파 전류가 엄청나게 증폭되어 커패시터 및 기타 장비의 치명적인 고장을 초래할 수 있습니다.
이를 프로젝트에 적용하는 방법
올바른 완화 전략은 예산, 운영 규모 및 유틸리티 요구 사항의 엄격성에 따라 달라집니다.
- 예산 범위 내에서 기본적인 유틸리티 요구 사항을 충족하는 데 중점을 둔다면: 가장 문제가 되는 고조파와의 공진을 피하면서 역률을 보정하도록 설계된 비동조 수동 고조파 필터 시스템을 고려하십시오.
- 민감한 장비를 보호하고 가동 시간을 최대화하는 데 중점을 둔다면: 능동 고조파 필터(AHF)는 광범위한 스펙트럼에서 고조파 전류를 동적으로 상쇄하여 깨끗한 전력을 보장하는 우수한 솔루션입니다.
- 새로운 대규모 설비를 설계하는 경우: 12펄스 또는 24펄스 정류기가 있는 용광로를 지정하십시오. 이는 주요 저차 고조파를 소스에서 본질적으로 상쇄하고 외부 필터링의 필요성을 크게 줄입니다.
유도로의 전력 품질을 사전에 관리하는 것은 전체 시설의 신뢰성과 효율성에 대한 직접적인 투자입니다.
요약 표:
| 전력 품질 문제 | 주요 원인 | 주요 결과 |
|---|---|---|
| 고조파 왜곡 | 정류기의 비선형 전류 흐름 | 장비 과열, 민감한 전자 장치 교란 |
| 낮은 역률 | 위상 지연 및 고조파 전류 | 유틸리티 벌금, 비효율적인 전력 사용 |
| 전압 플리커/새그 | 전력 수요의 급격하고 큰 변화 | 가시적인 조명 깜빡임, 장비 오작동 |
시설의 전력 품질을 보호하고 운영 가동 시간을 보장하십시오. 고조파 왜곡 및 전압 플리커와 같은 유도로의 전력 교란은 값비싼 장비 고장 및 유틸리티 벌금으로 이어질 수 있습니다. KINTEK은 산업 및 연구 실험실의 정밀한 전력 요구 사항을 충족하는 실험실 장비 및 소모품을 전문으로 합니다. 당사의 전문가는 수동 필터에서 능동 고조파 솔루션에 이르기까지 특정 용광로 및 규정 준수 요구 사항에 맞는 올바른 완화 시스템을 선택하는 데 도움을 드릴 수 있습니다. 전력 품질 문제가 중요한 프로세스를 방해하지 않도록 하십시오. 지금 문의하십시오 상담을 통해 실험실 전력이 결과만큼 신뢰할 수 있는지 확인하십시오.
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