UPS와 발전기 병행운전시 문제점에 대한 고찰...

UPS와 발전기가 병행운전을 하게 된다면...

 

발전기의 고정자측에 흐르는 전류는 계통의 영향을 받게되고..

 

그리고 발전기의 권선이 UPS의 C값에 영향을 받게 된다..

 

그래서 우리가 발전기라함은 계통에 전력을 공급하기위해 통상 60rpm 으로 회전을 해야하는 것인데..

 

UPS의 C에의해 고유 진동수가 상용주파보다 떨어지게 됐을 때

 유도발전기로서 동작을 하게 되면서 계통의 이상 주파수를 증폭시키는 작용을 한다라는 것이다.

 

 

내가 작성한 글 2번 읽고 나름대로 다시 정리를 해서 정리 코멘트를 남겨본다

 

1. 기술사는 계통설계시 일어날수 있는 모든 문제점을 염두해 두고 설계를 보수적으로 해야한다.

UPS 와 비상발전기 연결은 저주파에 의해 시스템 파괴가 가능하므로 정합성 검토가 필수다.

 

2. 메인 전원 공급이 중단되면, 비상발전기가 기동 (10~20초 소요) 기동 중 중요 부하는 UPS에서 공급한다.

   → 발전기가 기동되고 UPS 와 연결될 때 UPS 의 필터 C 와 발전기의L 간 공진에 의한 주파수가 만들어진다.(30Hz)

   → 쉽게 설명해서 발전기는 정상부하(60hz) 에 80만큼 에너지 공급하고, 이상공진(30hz) 에 20만큼 에너지를 공급한다.

   → 사실 30hz 의 이상 공진은 시스템의 R에 의해 자연스럽게 사라져야하나, 발전기에서 에너지를 지속 공급하므로 계속해서 그 에너지가 커지는 방향으로 발전된다 → 시스템 붕괴 초래함 (AVR 파손 외)

 

3. 그럼 결론이 뭐야 어떻게 해야하는거야

 

  1) 발전기 용량을 크게 한다.

  2) UPS 발전기 연동시 C 투입 딜레이 기능 사용 (최근 UPS에 기능 있다고 함)

  3) 최신 AVR 적용 

     - L-C 공진으로 발생하는 특정 저주파 걸러내는 노치 필터, 밴드패스 필터 적용

     - 공진주파 대역에서 AVR 이 능동적으로 반응하지 못하게하여 유도발전기 모드에서 공진 에너지를 증폭시키는 피드백 고리를 끊음

 

 

이정도만 알고 있다면.. 기술사 준비하는데는 문제가 없지 않을까 한다.

 

이보다 깊게하는건 박사님들의 몫인듯 함.

 

아래는 레퍼런스로 남겨놓으니 궁금하면 좀만 찾아보면 충분히 이해할꺼라 믿습니다.

 

 

1. "계통에서 튀어 들어오는 진동"의 정체

발전기가 60Hz를 깔끔하게 만들어내더라도, 계통에 연결된 **UPS의 필터(L, C 성분)**는 발전기와 연결되는 순간 하나의 **'전기적 진동 회로'**를 형성합니다.

• 마치 기타 줄을 튕기면 그 줄의 길이에 맞는 '고유한 소리(진동)'가 나듯이, 발전기의 코일($L$)과 UPS의 커패시터($C$)가 만나면 계통 전체에 **그들만의 고유진동수($f_n$)**가 생겨납니다.
• 이 진동은 누가 밖에서 넣어주는 게 아니라, 스위치를 올리는 순간 계통 내부의 에너지들이 자기들끼리 왔다 갔다 하며 발생하는 **'전기적 출렁임'**입니다. 보통 이 주파수는 60Hz보다 낮은 저주파(예: 20~40Hz)인 경우가 많습니다.

2. 왜 "회전자 속도"와 "이상 주파수"를 비교하나?

발전기 회전자는 디젤 엔진에 의해 **60Hz(동기 속도)**에 맞춰서 아주 빠르게 돌고 있습니다. 그런데 방금 말씀드린 **이상 진동(예: 30Hz)**이 계통에 생겼다고 가정해봅시다.

• 발전기 입장: 회전자는 60Hz 속도로 돌고 있는데, 계통에 흐르는 전류(이상 진동)는 30Hz로 느릿느릿 움직입니다.
• 상대 속도 발생: 발전기 회전자 입장에서는 자기가 이 30Hz라는 느린 전류의 흐름보다 훨씬 더 빨리 앞질러서 돌고 있는 꼴이 됩니다.

여기서 핵심은, 회전자가 자기장(이상 진동 주파수)보다 빨리 돌면 발전기는 '유도 발전기' 모드로 진입한다는 전기공학적 원리입니다.

3. "독립된 개체"가 왜 계통의 영향을 받나?

발전기 권선 내부로 계통의 전류가 흐르기 때문입니다. 발전기 단자와 UPS가 연결된 순간, 두 기기는 하나의 회로입니다.

1. 동기 발전기 역할: 원래 하던 대로 디젤 엔진의 힘을 빌려 60Hz 전력을 보냅니다.
2. 유도 발전기 역할 (문제 발생): 동시에, 계통에 형성된 저주파(30Hz) 진동 성분에 대해서는 회전자가 더 빨리 돌고 있으므로, 회전자의 물리적 에너지가 이 30Hz 진동 쪽으로 거꾸로 전달됩니다.

즉, 엔진의 회전력이 우리가 원하는 60Hz를 만드는 데만 쓰여야 하는데, 계통의 C성분이 만들어낸 30Hz짜리 '전기적 파도'를 더 크게 부추기는 데에도 에너지가 쓰여버리는 것입니다.

4. 정리하자면

• 계통 C성분: 발전기 L과 만나서 60Hz가 아닌 **새로운 진동 주파수(f)**를 만들어내는 주범입니다.
• 계통 주파수와의 상관관계: 발전기는 60Hz로 돌고 있는데, 계통에 형성된 진동 주파수가 이보다 낮으면 발전기가 그 진동에 에너지를 보태주게 됩니다 (이게 바로 마이너스 저항의 정체입니다).
• 결과: 이 에너지를 받은 진동이 점점 커지면서 발전기의 전압 제어 장치(AVR)를 교란시키고, 결국 전압이 미친 듯이 흔들리게 됩니다.

결국 **"내가 만든 60Hz 파도와 별개로, 계통의 필터 성분 때문에 생긴 다른 파도에 내 엔진 힘이 실려버리는 현상"**이라고 이해하시면 가장 정확합니다. 이해에 도움이 좀 되셨나요?

 

추가 자료 (26.5/4)

 

1. 발전기 L ,UPS C가 만나서 저주파를 만든다는 것의 의미

한전이 메인으로 공급하는 전력이 죽고

 

발전기 L 과 UPS C 에 의한 공진 주파수가 만들어지는데 그게 예를들면 30hz 로 가정

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2. 왜 다른 일반적 계통의 C는 괜찮은데 UPS는 C는 문제가 될까?

질문하신 대로 계통에는 선로 정전용량 등 항상 C가 존재합니다. 하지만 UPS가 유독 위험한 이유는 '밀도'와 '제어' 때문입니다.

• 압도적인 C의 양: 일반 선로의 $C$는 대지에 넓게 퍼져 있어 영향이 미미하지만, UPS는 고조파 제거를 위해 입력단에 아주 큰 용량의 커패시터 뱅크(필터)를 집중적으로 가지고 있습니다.
• 비선형 부하의 특성: UPS 내부의 컨버터 제어 루프가 계통의 진동과 간섭을 일으켜 진동을 억제하는 게 아니라 오히려 증폭시키는 역할을 하기도 합니다.
• 단독 운전 상황: 한전 계통(거대 계통)에 연결되어 있을 때는 계통의 임피던스가 매우 낮아 이런 진동이 흡수되지만, 비상발전기와 UPS가 1:1로 붙는 상황에서는 발전기가 이 진동을 오롯이 감당해야 하므로 문제가 터집니다.