[발송배전기술사] 동기 발전기의 병렬운전 조건!

다음은 발송배전기술사 전기기기 문제 중 동기 발전기의 병렬운전 조건에 대한 설명입니다.

동기 발전기의 병렬운전 조건, 병렬운전 조건이 맞지 않을 경우의 문제점 및 대책 순으로 서술하겠습니다.

[문제] 동기 발전기의 병렬운전 조건이 맞지 않을 때 발생하는 문제점 및 대책에 대하여 설명하시오.

[답]

1. 동기 발전기의 병렬운전 조건

  1) 기전력의 크기가 같을 것

  2) 기전력의 위상이 같을 것

  3) 기전력의 주파수가 같을 것

  4) 기전력의 파형이 같을 것

  5) 기전력의 상회전 방향이 같을 것(시운전 시)

2. 병렬운전 조건이 맞지 않을 경우의 문제점 및 대책

  1) 기전력의 크기가 같지 않을 경우($\dot{E_{A} }   >     \dot{E_{B} } $)

     (1) 문제점 

        ① 무효순환전류 발생

             · $\dot{E_{r} }=   \dot{E_{A} } -  \dot{E_{B} } = \dot{V}$

             · $\dot{I_{c} } =\frac{\dot{E_{A} } -  \dot{E_{B} } }{j2 X_{d} } =   -j \frac{ \dot{E_{r} } }{2 X_{d} }$

        ② 기전력의 차전압($ \dot{E_{r} }=   \dot{E_{A} } -  \dot{E_{B} }$)이 전기자 내부회로에

            작용하여 두 발전기 사이에서 무효순환전류($\dot{I_{c} }$)가 흐른다.

             →  전기자 권선에서 저항손 발생으로 과열

        ③ $G_{A}$ : $\dot{I_{c} }$는 지상전류로 작용하여 전기자 반작용 감자작용

             →  $\dot{E_{A} }$ 감소, 역률 감소

        ④ $G_{B}$ : $\dot{I_{c} }$는 진상전류로 작용하여 전기자 반작용 증자작용

             →  $\dot{E_{B} }$ 증가, 역률 증가

      (2) 대책

         · 무효횡류를 없애기 위해 발전기 계자전류를 조정하여 전압의 크기를 같게 한다.

  2) 기전력의 위상이 같지 않을 경우

     (1) 문제점

        ① 유효순환전류 발생

             · $\dot{E_{r} }=   \dot{E_{A} } - \dot{E_{B} } = \dot{V}$

             · $\dot{I_{c} } =\frac{\dot{E_{A} } -     \dot{E_{B} } }{j2 X_{d} } =   -j \frac{ \dot{E_{r} } }{2 X_{d} }  =   -j \frac{ \dot{2E_{A}  }  · sin \frac{ \delta }{2}}{2 X_{d} } =   -j \frac{ \dot{E_{A}  }  · sin \frac{ \delta }{2}}{ X_{d} }$

        ② $G_{A}$, $G_{B}$ 발전기의 유기 기전력이 같고 동위상의 병렬운전 중

             $G_{A}$의 속도가 조금 상승하는 경우, $\dot{E_{A} } $는 $\dot{E_{B}}$ 보다 위상이 $\delta$

            만큼 앞서게 되며, 기전력의 차전압 $\dot{E_{r} }=   \dot{E_{A} } -  \dot{E_{B} }$ 로 인하여

             $\dot{E_{r} }$ 보다 약 $\frac{ \pi }{2}   [rad]$ 뒤진 유효순환전류(동기화 전류)가 흐른다.

        ③ $G_{A}$ : $\dot{E_{A} } \dot{I_{C} }[W]$ 만큼 부하가 증가하여 회전속도 감소

             →   위상이 늦어짐  

        ④ $G_{B}$ : $\dot{E_{B} } \dot{I_{C} }[W]$ 만큼 부하가 감소하여 회전속도 증가   →   위상이 빨라짐 

     (2) 대책

        · 즉, 위상이 앞선 $G_{A}$는 뒤진 $G_{B}$에 전력을 공급하여 자동적으로 $\dot{E_{A} }$, $\dot{E_{B} }$를 동일한 위상으로 유지하도록

          유효전류(동기화 전류)를 흘려 위상각 $\delta $의 변화가 0 이 되도록 작용한다.

  3) 기전력의 주파수가 같지 않을 경우

     (1) 문제점

        · 기전력 위상의 불일치 시간이 발생되어 두 발전기 간에 주기적인 고조파 횡류(동기화 전류) 발생으로 발전기

          전압의 2배까지 상승  →  난조의 원인, 심하면 탈조(Step Out) 되어 병렬운전 어려움

     (2) 대책

        · 각 발전기의 속도를 조정함으로써 주파수를 조정한다.

  4) 기전력의 파형이 같지 않을 경우

     (1) 문제점

        · 각 순시치 기전력의 차이에 의해 고조파 무효순환전류가 흐르며 이 값이 크면 전기자 권선의 저항손이 증가

          (전력손실 증가)하여 과열의 원인이 됨

     (2) 대책

        · 고조파를 제거하여 파형을 개선 시킨다.   →  단절권, 분포권 채용

  5) 시운전 시 기전력의 상회전 방향이 같지 않을 경우

     (1) 문제점

        · 어느 순간 단락상태가 되어 큰 사고 유발

     (2) 대책

        · 시운전 시 상회전 방향이 같게 한다.

 

3. 속도조정률과 병렬운전

  1) 속도조정률($\delta$)이 다르고, 용량(P)이 같을 때

    · $P_{r1}  = \frac{ \delta _{2} }{\delta _{1}+\delta _{2}}  P_{R} $(반비례) 

    · $P_{r2}  = \frac{ \delta _{1} }{\delta _{1}+\delta _{2}}  P_{R} $(반비례)$= P_{R}-P_{r1}  $

 2) 속도조정률($\delta$)이 같고, 용량(P)이  다를 때

   · $P_{r1}  = \frac{ P_{1} }{P _{1}+P _{2}}  P_{R} $(비례)        · $ P_{r2}  = \frac{ P_{2} }{P _{1}+P _{2}}  P_{R}$(비례)$= P_{R}-P_{r1} $

 3) 속도조정률($\delta$), 용량(P)이  다를 때

   · $P_{r1}  = \frac{  \frac{ P_{1} }{ \delta _{1}} }{\frac{P_{1} }{ \delta _{1}}+\frac{P_{2} }{ \delta _{2}}} P_{R} $(비례)        · $P_{r2}=  = \frac{  \frac{ P_{2} }{ \delta _{2}} }{\frac{P_{1} }{ \delta _{1}}+\frac{P_{2} }{ \delta _{2}}} P_{R}$ (비례)$=P_{R}-P_{r1}$ 

 

 

 

오늘은 발송배전기술사 전기기기 문제로 나올 법한 동기 발전기의 병렬운전 조건에 대하여 알아 보았습니다.