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발전공학

수력설비의 구성

수력설비의 구성

수력설비의 구성

수력설비의 구성도

수력설비의 구성도

수력설비의 기능

1) 취수댐

하천에 흐르는 물을 취수하기 위하여 하천의 흐름에 거의 직각 방향으로 물을 막아주는 설비로서 유량조절 기능은 없다.

2) 취수구

물을 발전소에 유도하기 위한 수로의 유입구이다.

3) 침사지

취수구로 들어온 물은 수로를 따라서 상수조로 흘러간다. 취수댐에서 취수된 물에는 토사가 많이 포함되어 있으므로 수로의 취수구 가까운 곳에 침사지를 두어서 토사를 침전시킨다. 조정지나 저수지로 취수할 경우에는 스스로가 침사지 역할을 하므로 따로 침사지를 둘 필요가 없다.

4) 도수로

취수구 직후로부터 상수조 입구까지를 도수로라고 한다. 도수로에는 유수의 상부가 대기에 노출되어 있는 무압수로와 수로 전체에 압력이 걸려 있는 압력수로가 있다.

5) 상수조

무압수로에 사용되며, 물속에 포함된 토사의 최종적인 침전과 부하 급변시의 유량의 과부족을 조정하는 기능을 담당한다.

6) 조압수조(Surge Tank)

조압수조는 압력수로에 사용되며, 부하 급변시에 생기는 수격작용을 흡수하고, 수차의 사용유량 변동에 따른 서징작용을 흡수한다.

(1) 수격작용(Water Hammering)
정상운전 중인 수력발전소의 부하가 급변 또는 차단된 경우에 압력수로 및 수압관에는 큰 압력이 걸리게 되며, 이때 압력수로 및 수압관에 충격이 가해지게 되는데 이를 수격작용(Water Hammering)이라 한다.
(2) 서징작용(Surging)
정상운전 중인 수력발전소의 부하가 급변 및 차단된 경우에 조압수조 내의 수위가 시간에 따라서 상하로 오르내리는 진동현상을 말한다.

서징작용(Surging)

➀ 정상운전 상태
유수 때문에 압력이 낮아지므로 수위는 저수지보다 약간 낮다.
➁ 부하 급차단시
수차의 노즐 또는 안내날개가 폐쇄되어 수압관로 말단이 막히면 수로와 수압관 등의 압력이 상승하여 조압수조내의 수위가 순간적으로 상승한다. 수위가 최고수위까지 올라가면 조압수조의 수위가 저수지 쪽보다 더 높으므로 물은 압력수로를 역류하여 조압수조에서 저수지 쪽으로 흐른다. 물이 역류하여 조압수조의 수위가 저수지보다 낮아지면 물은 다시 반대 방향으로 흐른다.
➂ 무부하시
조압수조의 상부는 공기 중에 노출되어 있으므로 무부하시 압력은 대기압 뿐이다. 따라서 무부하시 수위는 저수지측 수위와 같다. 이처럼 수위는 이를 중심으로 과도적으로 오르내리다가 결국에는 무부하 상태에서 평형을 유지한다.

(3) 조압수조(Surge Tank)의 종류

조압수조(Surge Tank)

[단동형 서지탱크] [차동형 서지탱크]

[제수공형 서지탱크] [수실형 서지탱크]

➀ 단동형 서지탱크
∙가장 간단한 구조로서 수조와 수로를 단순하게 연결한 형태이다.
∙부하변동시 수면 승강이 느리므로 용량이 커야 한다.
∙수격작용의 흡수가 확실하며, 조속기 운전에 유리하고 발전소 운전이 안정된다.
➁ 차동형 서지탱크
∙수조내부에 수로 단면적의 70∼100%의 단면을 갖는 라이저와 작은 구멍(제수공, 포트)을 둔다.
∙부하 급증시 라이저의 수위가 재빨리 상승하므로 수로의 유수 속도가 부하변동에 신속하게 적응할 수 있다.
∙이때 수량의 과부족은 포트를 통해서 조절되므로 진동은 1∼2회 정도만에 그치고 평형에 도달한다.
∙수격의 감쇠가 빠르고 수조용량도 단동식의 1/2 정도면 된다.
∙구조가 복잡하고, 서징주기가 짧으므로 조속기 운전에 부담이 된다.
➂ 제수공형 서지탱크
∙차동식의 라이저는 없이 단지 작은 제수공만으로 수조와 수로를 연결한다.
∙부하 급감시 잉여분의 수량이 제수공을 통하여 수조로 들어갈 때 마찰손실에 의해 손실수두가 커지도록 한 방식으로서 수조를 작게 설계할 수 있다.
∙구조가 간단하고 경제적이지만 수격작용을 충분히 흡수할 수 없으므로 보조수조로 적용한다.
➃ 수실형 서지탱크
∙수조 상하단에 수실을 설치한 대신 수조는 단면적을 작게 하여 차동식의 라이저와 같은 역할을 하게 한다.
∙수조는 부하변동에 의한 서징을 억제하고, 수량의 과부족은 수실에서 조절한다.
∙저수지의 이용수심이 크고 지형에 따라 직립 원통형 수조를 설치할 수 없는 경우에 적합하다.

7) 수압관로
일반적으로 상수조(또는 조압수조)로부터 발전소의 수차입구에 이르기까지의 도수관을 말한다. 수압관의 위치는 상수조와 발전소와 최대한 단거리의 직선으로 시설하여야 한다. 수압관의 지름은 건설비나 손실수두를 고려하여 유속이 3~5[m/s] 정도가 되게 설계한다.

8) 방수로, 방수구
수차로부터 나오는 물을 원래의 하천에 방류하기 위한 수로로서 이것과 하천의 본류가 합류되는 곳을 방수구라고 한다.

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