3편:19강~29강) 동기기 통합 정리 (출처: 공대 5호관 베이스 N회독: Summary추가)

19강부터는 발전기의 계통 병입에 대해서 알아보려고합니다.

 

무한대모선이 있다고할 때 새로운 발전기를 투입한다라는 개념으로 생각하면 될 것 같습니다.

 

 

계통 병입을 위해서는 위 그림과같이 전압 크기, 주파수, 위상이 가장 중요한 요소가 됩니다.

 

위 요소가 맞지 않으면 순간적으로 큰 전류/전압에 의해서 괜한 위험에 빠질 수 있다라는 것입니다.

 

이 외에 당연하게도 상회전의 방향이 정확히 일치해야 하는데 확인하는 방법은 아래와 같습니다.

 

만약 주파수가 같고 약간 위상이 다른 첫번째 그림을 예로 본다면

 

이 각 상의 전압차는 일정하게 꾸준히 유지가 될것입니다.

 

만약 주파수가 다르다면 동일한 크기로 커졌다가 적어졌다하겠죠.

 

근데 상회전의 방향 자체가 다르다면 각 상의 전위차가 커졌다 작아졌다 불규칙하게 발생하게 됩니다.

 

위에 써진것처럼 투입하는 발전기의 전압이 살짝 높은 상태에서 투입이 됐다고 가정을 해 봅시다.

 

그렇다면 전압 크기가 큰곳에서 작은곳으로 무효 순환전류가 발생합니다.

 

우리는 이 전류를 동기화 전류라고 칭합니다. 결국 두 발전기의 동기화를 만들어주는 매개체가 되는 전류이기 때문이죠

 

단선도를 보면 E2에서 E1방향으로 화살표를 그려보면 공급방향을 지상으로 보면 E2 입장에서 I0는 지상 전류가 되고

 

반대로 E1입장에서는 진상으로 작용하게 됩니다. 그렇다면 우리가 앞에서 배운것처럼 전기자 반작용에 의해 E2는 감자되고, E1은 증자가 됩니다. 그렇다면 순환전류가 흐르지 않을때까지 E1은 커지고 E2는 작아질 것입니다.

 

그래서 아까 무효 순환전류(I0) 를 동기화 전류라고 말하고, 투입 순간 이 전류 크기가 너무 크다면 문제가 되므로 투입 시점에 전압 크기를 어느정도 계통에 맞춰서 투입을 해야 합니다.

 

 

다음은 위상인데요, 위상은 주파수가 같을수도있고 다를수도있겠지만 통상 주파수가 다른 두 발전기의 전압의 위상이 다른 그 순간에 투입하는 조건을 살펴봅시다.

 

뒤 그림에서 반시계방향이 상회전 방향이라고 봤을때 E1이 좀 앞선위상으로 보겠습니다.

 

그렇다면 이 조건에서는 위상이 앞선곳에서 뒤진곳으로 유효순환전류가 흐르게 됩니다. 

 

순환전류 개념도는 편의상 아래 그림으로 대체 해보겠습니다.

 

 

자 전압방정식을 세워보면 E1 = E2 + j2Xs*I0 가 됩니다.

 

그렇다면 전압강하와 I0를 페이저도로 나타내보면 위 그림과 같습니다.

 

결국 E1에서 E2로 E1*Icos(δ/2) 만큼 공급하고 E2는 그만큼을 소비한다고 보면 된다.

 

에너지를 받아서 E2는 주파수가 빨라지고, E1은 E2가 부하로 작용되는 개념이므로 점점 느려진다.

 

결국 위상도 맞춰지기 때문에 유효순환전류도 동기화 전류라고 말한다.

 

두 발전기의 각 식을 쓰고 삼각함수 계산을 해보면 w1+w2는 저 우측 그래프의 잘잘한 파형을 나타내고 

w1-w2는 위에 표시된 주파수가 느린 진동으로 표현된다.

 

너무 다른 주파수로 투입되면 아무래도 요동치게 되므로 악영향을 미치게 된다.

 

 

핵심은 위에 다 내용을 전달 했고

 

계통 병입 절차에 대해서 간단히 정리를 해보면

 

유효, 무효 순환전류를 투입하는쪽의 발전기가 공급자가 되야되는 조건이 유리하다고 한다

 

그래서 전압이든 주파수든 약간 투입하는 발전기가 더 높도록 세팅하고 (그 세팅은 계자전류 및 터빈 입력으로 조절)

 

그리고, 위상의 경우는 거의 일치한 순간에 투입해줘야 한다.

 

차단기가 투입되는 순간이 있기때문에 주파수가 거의 일치하기 직전 (위상각으로 1,2도 차이 정도) 투입이 바람직 함.

 

 

 

투입할때 동기 검정기를 보는 방법인데

 

저 지침 자체가 빠르게 돌아간다면 두 발전기의 주파수가 많이 차이가 난다라는 뜻이고

 

천천히 돈다면 주파수차이가 적다는 의미인데,

 

이제 그 방향이 어디로 돌아야 되냐를 말하고 있다 FAST 방향으로 돌아야 투입하는 발전기의 주파수가 더 빠른 기준이 되는 것이다.

 

다음은 조속기 운전에대해서 알아보겠습니다. (조속기의 조정은 실제로 발전기의 유효전력 값의 조절이라고 보면 됨)

 

 

 

전기적 부하의 변동이 생기면 (만약 부하 증가하면) 기본적으로 Pm = Pe 의 힘의 등호관계가 성립이 안되므로

 

별다른 조정을 해주지 않으면 주파수는 계속해서 떨어지게된다.

 

터빈의 입력량을 조절해서 다시 Pm=Pe 를 맞춰줘야만 새로운 속도에서 안정적인 운전을 할 수 있는 개념이 된다.

 

 

위 그림은 증기 조절 원리에 대해서 아주 원시적인 그림으로 나타내었다.

 

먼저 그림을 설명해보겠다.

 

계통에 부하가 적어진다면 터빈의속도는 빨라지게 되고 원심추는 조금 올라가게 될것이다.

 

그렇다면 조작실린더의 피스톤이 누르는 방향으로 작용하게 될것이고 (지렛대가 눌러지므로)

 

그럼 증기가 들어오는 양을 좀 덜 들어오도록 조절 (증기의양이 준다는 것은 Pm을 줄이는 것이므로 당연히 속도 감소하게 될 것이다)

 

다음은 속도조정률이라는 개념인데 이거는 발전기마다 다른 특성을 가지고있다.

 

부하의 변동이있었을 떄 주파수 변동이 얼마나 나타나냐는 것이다.

 

나는 이걸 공부할때 기울기가 커지면 이게 더 민감한 발전기가 아닌가? 라고 생각했는데

 

잘 생각해보자 부하변동이 되면 입력량을 안정조건으로 존나 빨리 맞춰바린다면 이 주파수 변동도 더 적어진다고 한다.

 

그러므로 속도조정률이 낮은 발전기가 오히려 민감한 발전기로 표현을 할 수 있다.

 

 

자 그럼 가버너 프리 운전이라는게 뭔지 봅시다.

 

자 어떤 병렬로 막 연결된 계통에서 전기적으로 부하가 변동이 일어나면

 

특별히 조속기를 세팅하지않아도 각 발전기의 속도조정률에 따라 부하 분담이되고 안정 운전점을 찾는다는 것이다.

 

자 그렇다면 위 그림에서 봐도 우측 그래프를 A발전기 좌측 그래프를 B발전기로 표현했다 생각하고 

 

검정색 점선에서 빨강점선으로 주파수 변동, 부하 변동이 일어났다고 하면 당연히 속도조정률이 낮은놈이 훨씬 변화된 부하중 많은 비중을 감당하게 된다.

 

그렇다면 가버너로 조정한다라는것은 뭘 의미하냐?

 

그것은 속도조정률 (기울기)는 일정한 상태에서 Y축의 높이 (무부하 속도) 만을 조정한다라는 것이다.

 

그래서 가버너 Free운동에서 세팅된 안정값이 불합리하다 (보통 경제적인 이유라고하는데.. ) 하면 가버너를 조정하여 Y축 상의 높이를 조절해주면 자연스럽게 부하감당량을 조절 할 수 있다.