13. 동기발전기 진상운전, 지상운전에 대해 알아보자.

13. 동기발전기 진상운전, 지상운전에 대해 알아보자.

동기발전기의 운전모드는 진상운전과 지상운전으로 나눠진다.
오늘은 동기발전기의 진상운전 목적과 문제점, 지상운전에 대해 알아보자.

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1. 동기발전기 진상운전 목적
2. 동기발전기 진상운전 문제점
3. 동기발전기 지상운전

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1. 동기발전기 진상운전 목적

앞에서 공부한 동기발전기 V곡선을 보자.
yyxx.tistory.com/162

8. 동기발전기 V곡선 (과여자, 저여자 특성)

동기발전기 V곡선 진상운전(저여자, 무효전력 흡수)

동기발전기에서 진상운전이란 V곡선에서 보듯이 저여자 운전이고 무효전력을 흡수하는 운전이다.
역률:1을 기준으로 계자전류를 낮췄을 때 진상운전하게 된다.

언제 발전기가 진상운전을 해야 할까?
진상운전은 무효전력을 흡수하는 운전이다. 그러므로 선로의 무효전력이 많아져서 소모해줘야 할 때 진상 운전해야 한다.


발전기에서는 유효전력(P)과 무효전력(Q)를 만들어서 먼 거리에 있는 부하까지 보낸다.

발전기에서 만든 유효전력과 무효전력이 선로전류를 타고 부하(모터)로 전달

그런데 발전기가 모든 무효전력을 만들어서 부하까지 보내주는 건 효율적이지 않다.
유효전력과 무효전력을 모두 발전기가 만들면 이 전력을 실어 보낼 전류를 크게 해 줘야 한다.
전류가 커지면 부하까지 가는 동안 전압강하가 커지게 된다. 그래서 발전기에서 더 높은 전압을 내보내야 하므로 효율적이지 못하다.
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3. 무효전력의 작용 (1)발전기만 있는 경우

그래서 부하 측에 무효전력공급장치인 콘덴서(Condenser)를 설치해서 무효전력을 보상해준다.
(콘덴서는 진상무효전력을 소비, 반대로 말하면 지상무효전력을 공급한다.)

부하 측에 무효전력공급장치인 콘덴서를 병렬 연결 하여 무효전력 공급

무효전력은 부하(ex모터)를 동작시키는데 필수적이기 때문에 부하가 필요해하는 만큼 만들어서 공급해주어야 한다.

낮에는 개인이든 기업이든 사용하는 부하가 많기 때문에 무효전력이 부족해서 발전기와 무효전력 공급장치가 그 부족량을 메꿔줘야 한다.

그런데 심야가 되면 사용하는 부하의 양이 줄어든다. 그러면 필요한 무효전력양이 줄어든다.
부하 측의 무효전력공급장치인 콘덴서는 인위적으로 OFF 시켜서 그 양을 줄일 수 있는데 대지정전용량은 줄일 수가 없어서 무효전력이 많이 남아돌게 된다.

이렇게 남는 무효전력을 흡수해주기 위해서 진상운전을 해야 한다.


만약 무효전력이 많이 남아돌게 되면 어떤 문제가 발생할까?
계통의 전압이 매우 증대되는 문제가 발생한다.
과전압 발생은 곧 절연의 문제를 야기한다.
과전압으로 인해 여러 설비가 견디지 못하고 고장 날 수 있다.

이런 문제를 해결하기 위해서 부하 대신에 무효전력을 소모할 수 있는 장치가 필요하다.
부하 중 큰 비중을 차지하는 모터는 L(리액터)이다. L은 지상무효전력을 소비한다.
그러므로 계통에 모터 대신 무효전력을 흡수(소비)하기 위한 장치인 분로리액터를 설치하면 된다.
이 리액터를 병렬로 달거나 발전기를 진상운전함으로써 남아도는 무효전력을 소비할 수 있다.

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2. 동기발전기 진상운전 문제점

진상운전했을 때 문제점은
(1) 진상운전 중에 계통에 사고가 발생할 경우 현저한 전압의 저하가 발생할 수 있다.
진상운전은 저여자로 운전하는 모드이므로 이미 저전압 상태이다.
그런데 계통에 3상 단락 사고가 발생하게 되면 단락지점이 0V에 가까워진다.
이미 저전압인 상태에서 전압이 떨어지게 되면 과도 안정도 측면에서 굉장히 나쁘다.
이런 경우 즉시 진상운전을 중지하고 AVR(자동 전압 조정기)를 통해 신속히 증자(초속응여자)시켜야 한다.


(2) 전압을 낮추다 보니까 발전소 소내전압이 낮아질 수 있다.
발전소 내에 보조 전동기들을 사용하고 있을텐데 급수펌프라던지 복수펌프 이런 장치들의 출력이나 토크가 작아질 수 있다.
그러면 토크를 만회하기 위해 전류를 끌어올리면 과부하 되는 경향이 나타나기도 한다.


(3) 동기발전기 고정자 철심 과열이 발생할 수 있다.
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11. 동기발전기 고정자 철심 과열에 따른 출력 제한

Retain Ring이 포화되지 않으면서 많은 누설자속 발생으로 고정자 철심 단부 과열

진상운전하게되면 회전자의 Retain Ring이 포화되지 않으면서 많은 누설자속이 발생하게 된다,
이 누설자속에 의해서 고정자 철심 단부에 와전류가 발생하면서 과열이 일어날 수 있다.

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3. 동기발전기 지상운전

동기발전기 V곡선을 보면

동기발전기 V곡선 지상운전(과여자, 무효전력 공급)

지상운전은 역률:1을 기준으로 계자전류를 늘리는 과여자 운전이고 무효전력을 공급하는 운전이다.

낮에 사용하는 부하가 많아지면 무효전력공급장치와 함께 무효전력을 더 메꿔주기 위해서 발전기는 지상운전하게 된다.