CQ4L

동기발전기(병렬운전)

—

제공

4
안 ,
전동기 (JM)

A 직류전동기
B BLDC모터
G 동기발전기
H 동기발전기(병렬운전)
Y 동기전동기
E 동기기의 이상현상
I 유도전동기
S 전동기 기동방식
C 유도전동기(속도제어)
R 전동기(제동법,역전법)
P 전동기(효율적 제어방식)

발전설비 (GG)

P 발전기 설비계획시 고려사항
S 발전기 분류
T 발전기 기동방식 비교
C 발전기 냉각방식
D 디젤발전기와 가스터빈 발전기 비교 설명
E 비상발전기 설계시 고려사항
G 가스터빈발전기
Z 발전기 용량 산정방식
F 개정된 소방법 기준 용량산정 방법
O 비상발전기 운전시 과전압
H 고압 비상발전기
J 열병합발전
K 열전비
KEC350 발전소

목차(동기발전기 병렬운전 GGR JMH)

상용 발전기 병렬운전 시 조건

❓병렬운전이란

  • 2대 이상의 발전기를 동일 모선에 접속시켜 공통의 부하에 전력을 공급하는 방식
  • 병렬운전의 목적은 전력선을 필요로 하는 부하에 정전없이 정격의 전압을 안정하게 공급하기 위함이나 현실적으로 다음과 같은 경우에도 사용
    • 발전기 1대의 용량으로 부족한 경우
    • 부하의 변동이 심한 경우
    • 부하의 증감에 따라 예비가 필요한 경우
    • 발전기의 무리한 운전을 피하고 효율을 향상시키고자 할 경우

1️⃣발전기 운전의 안정영역

  • 전력계통에 연결된 발전기가 동기운전을 하기 위해서는 모든 발전기가 같은 속도로 회전
  • 만약 임의의 발전기가 가속되어 회전자의 위치(δ)가 처음 위치보다 앞섰을 경우 이를 회복시키려는 힘이 작용
  • 발전기 압력이 일정하고 δ가 증가했을경우 발전기의 전기적출력(P)이 증가되고 이 증가분에 상당하는 만큼 회전체의 축적에너지를 방출해서 회전체 자신은 감속할 필요
  • 따라서 동기운전이 되기 위해서는 dP/dδ>0 이어야 한다
  • 이 dP/dδ의 값을 그 발전기의 동기화력이라고 하며, 이것은 발전기의 운전 상태, 계통의 부하특성등 여러가지 요소에 의해서 영향을 받게 되지만 위 식의 조건을 만족하는 출력 상태가 발전기의 안정영역

\[발전기동기화력=\frac{dP}{d\delta}\]
  • 동기운전조건은 발전기 동기화력이 0보다 커야 한다
\[\frac{dP}{d\delta}\gt 0\]
\[\frac{dP}{d\delta}=\frac{d}{d\delta}(\frac{VE}{X}\sin\delta)\]
\[=\frac{VE}{X}\cos\delta\gt0\]

cos>0 이려면

\[-\frac{\pi}{2}\lt\delta\lt\frac{\pi}{2}\]
  • 그림과 같은 범위에서 발전기 운전의 안정영역이 된다.

2️⃣병렬운전 조건

☑️발전기 병렬운전조건(전주극위순)
  • 전압일치
  • 주파수일치
  • 극성일치
  • 위상일치
  • 순시전압
발전기 전압일치

1)전압일치 : 전압의 크기가 동등하고 불평형이 아닐 것

  • 투입 시 전압차를 10%이내로 하며, 전원 측보다 약간 높게 하여 투입하는 것이 좋다
  • 기전력의 크기가 다르면 무효순환전류가 흐른다
  • 전압이 큰 쪽은 역률이 나빠지고, 작은 쪽은 역률이 개선
  • 무효횡류가 흘러 역률이 변하는 원리
    • E₁이 E₂보다 크면 (E₁-E₂=E) 전압 E에 의해 90 위상이 뒤지는 Ic가 발생
    • Ic에 의해서 E₁측은 역률이 원래보다 지상이 되고, E₂측은 역률이 원래보다 진상이 된다.
  • 무효순환전류가 흐르면 손실이 증가하고 발전기의 온도상승을 초래
https://c-mk.s3.ap-northeast-2.amazonaws.com/2022/11/c_동기발전기의-병렬운전-조건전압의-크기.png

2)주파수일치 : 기전력의 주파수가 같은 것

유, 무효 전류가 양 발전기에 주기적으로 흐르게 되어 난조의 원인

  • 발전기의 기전력 간 위상(주파수)이 틀리면 위상차에 의한 차 전압에 의해서 동기화 전류가 흐른다
  • 이전류는 위상이 늦은 발전기의 부하를 감소시켜서 회전속도를 빠르게 하고, 위상이 빠른 발전기에는 부하를 증가시켜서 속도를 느리게 하여 발전기 간의 위상이 같아지도록 한다.
  • 즉, 기전력의 크기가 달라지는 순간이 반속하여 생기게 되므로, 무효횡류가 양 발전기 간을 상호로 주기적으로 흐르게 되어 난조의 원인이 되며 심하면 탈조까지 될 수 있다

3)극성일치 : 기전력 상회전 방향이 같을 것

  • 과대돌입전류가 흐른다
  • 어느 순간에 단락상태로 되는것으로,병렬운전 중에는 발생되지 않으나 시운전 시의 처음 병입을 한 번 하는 것으로 충분

4)위상일치 : 기전력의 파형이 같을 것

  • 양발전기의 실효치가 같고 위상이 같아도 파형이 틀리면 각 순간의 순시치가 달리지므로 양 발전기간에 무효횡류가 흐른다. 이전류는 전기자 동손실을 증가시키고 과열의 원인
  • 유효순환 전류가 흐르는 원리
    • E₁이 E₂가 δ만큼 위상이 발생하면 E₁-E₂=Es 된다
  • 유효순환 전류에 의해 동기화력이 발생
  • 전압이 높은 발전기(P₁)
\[P_1=E_1I_s\cos\frac{δ}{2}=E_1\frac{E_1}{Zs}\sin(\frac{δ}{2})\cos(\frac{δ}{2})\]
  • 전압이 높은 발전기(P₂)
\[P_2=E_2I_s\cos(\frac{−δ}{2})=E_2\frac{E_2}{Z_s}\sin(\frac{−δ}{2})\cos(\frac{−δ}{2})\]

5)기전력의 파형이 같을것

  • 발전기의 파형이 다르면 무효순환전류가 흘러 발전기 손실 증가 및 과열

5)순시전압 :

발전기의 순시 전압이 계통의 순시전압보다 약간높아야 한다(동기화 과정에서 발전기가 계통에 전력을 공급하도록 하기 위함)

3️⃣발전기 운전 시 고려사항

1)발전기의 무여자운전

  • 발전기가 무여자로 운전되면 발전기는 과속되고 유도발전기로 운전하려고 한다
  • 이 가속화는 터빈 조속기 특서에 의한 부하감소, 전기자 전류 증가 및 발전기 저전압의 원인이 되거, 다량의 회전자 전류를 수반
  • 계자권선과 화전자 몸체를 흘러 극히 짧은 시간에 과열상태가 되며 부하 운전중에 발전시 계자회로가 개방되면 권선의 유도현상으로 권선에 과전압이 유기

2)발전기의 이상전압 운전

  • 발전기는 정격전압의 ±5% 범위내에서 정격 출력을 낼 수 있으며 발전기가 과여자(저역율)운전 시 출력은 전압감소에 비례하여 감소되어야 한다
  • 부족여자 운전 시는 발전기 출력을 전압감소의 제곱에 비례하여 감소시켜야 한다.

4️⃣각종 제어 장치

병렬운전을 안정적으로 수행하기 위해 다음과 같은 제어 장치가 필요합니다.

  • 속도 조절기 (Governor): 발전기의 회전 속도를 조절하여 주파수를 일정하게 유지합니다.
  • 여자기 (Exciter): 발전기의 자기장을 조절하여 전압을 일정하게 유지합니다.
  • 동기화 장치: 발전기와 계통의 전압, 주파수, 위상을 일치시키는 장치입니다.
  • 보호 계전기: 과전류, 지락, 역전력 등의 이상 상태를 감지하고 발전기를 계통에서 분리시키는 역할을 합니다.
  • 무효전력 제어 장치: 계통의 무효전력을 조절하여 전압 안정도를 유지합니다.
  • 주파수 제어 시스템: 계통 주파수를 일정하게 유지하기 위한 제어 시스템입니다.

5️⃣병렬운전 과정

  • 발전기를 정격 운전 속도로 상승
  • 계자 차단기 투입
  • 정격주파수, 정격전압으로 동기화
  • 주 차단기 투입
  • 전압조정기 자동 절환
  • 전력 수요 변동에 따른 대응운전

  1. 발전기 준비: 발전기를 기동하고, 속도를 서서히 증가시켜 계통 주파수와 일치시킵니다.
  2. 전압 조정: 여자기를 조절하여 발전기 전압을 계통 전압과 일치시킵니다.
  3. 위상 일치: 동기화 장치를 이용하여 발전기와 계통의 위상을 일치시킵니다.
  4. 병렬 연결: 위상이 일치하면 접속기를 닫아 발전기를 계통에 병렬 연결합니다.
  5. 부하 분담: 발전기의 출력을 조절하여 부하를 분담합니다.

4️⃣발전기 투입 시 고려사항

  • 동기검출기를 이용하여 투입
  • 동기화하여 투입하는 것이 이상적이나 실제로 전압, 위상 주파수를 약간 높게 투입(Vg>Vs, δg>δs, fg>fs)
  • 계전 전류(If)등가 → 전압증가 → 지상 → 무효전력공급

3️⃣발전기 운전 시 고려사항

1)발전기의 무여자운전

  • 발전기가 무여자로 운전되면 발전기는 과속되고 유도발전기로 운전하려고 한다
  • 이 가속화는 터빈 조속기 특서에 의한 부하감소, 전기자 전류 증가 및 발전기 저전압의 원인이 되거, 다량의 회전자 전류를 수반
  • 계자권선과 화전자 몸체를 흘러 극히 짧은 시간에 과열상태가 되며 부하 운전중에 발전시 계자회로가 개방되면 권선의 유도현상으로 권선에 과전압이 유기

2)발전기의 이상전압 운전

  • 발전기는 정격전압의 ±5% 범위내에서 정격 출력을 낼 수 있으며 발전기가 과여자(저역율)운전 시 출력은 전압감소에 비례하여 감소되어야 한다
  • 부족여자 운전 시는 발전기 출력을 전압감소의 제곱에 비례하여 감소시켜야 한다.

각종 제어 장치

병렬운전을 안정적으로 수행하기 위해 다음과 같은 제어 장치가 필요합니다.

주파수 제어 시스템: 계통 주파수를 일정하게 유지하기 위한 제어 시스템입니다.

속도 조절기 (Governor): 발전기의 회전 속도를 조절하여 주파수를 일정하게 유지합니다.

여자기 (Exciter): 발전기의 자기장을 조절하여 전압을 일정하게 유지합니다.

동기화 장치: 발전기와 계통의 전압, 주파수, 위상을 일치시키는 장치입니다.

보호 계전기: 과전류, 지락, 역전력 등의 이상 상태를 감지하고 발전기를 계통에서 분리시키는 역할을 합니다.

무효전력 제어 장치: 계통의 무효전력을 조절하여 전압 안정도를 유지합니다.

전동기 (JM)

A 직류전동기
B BLDC모터
G 동기발전기
H 동기발전기(병렬운전)
Y 동기전동기
E 동기기의 이상현상
I 유도전동기
S 전동기 기동방식
C 유도전동기(속도제어)
R 전동기(제동법,역전법)
P 전동기(효율적 제어방식)

목차(동기발전기 병렬운전)

●R04 동기발전기의 병렬운전 조건과 병렬운전 순서를 기술하시오

모범답안(발전기 병렬운전과정 GGR04)

병렬운전 과정

  1. 발전기 준비: 발전기를 기동하고, 속도를 서서히 증가시켜 계통 주파수와 일치시킵니다.
  2. 전압 조정: 여자기를 조절하여 발전기 전압을 계통 전압과 일치시킵니다.
  3. 위상 일치: 동기화 장치를 이용하여 발전기와 계통의 위상을 일치시킵니다.
  4. 병렬 연결: 위상이 일치하면 접속기를 닫아 발전기를 계통에 병렬 연결합니다.
  5. 부하 분담: 발전기의 출력을 조절하여 부하를 분담합니다.

동기발전기병렬운전

☑️발전기 병렬운전조건(전주극위순)
  • 전압일치
  • 주파수일치
  • 극성일치
  • 위상일치
  • 순시전압

●I20상용전원 계통과 발전기를 병렬운전할 경우의 조건과 각종제어장치에 대하여 설명하시오

●T2 20상용전원 계통과 발전기를 병렬운전할 경우의 조건과 각종제어장치에 대하여 설명하시오

모범답안 (발전기 병렬운전)

병렬운전이란

  • 2대 이상의 발전기를 동일 모선에 접속시켜 공통의 부하에 전력을 공급하는 방식
  • 병렬운전의 목적은 전력선을 필요로 하는 부하에 정전없이 정격의 전압을 안정하게 공급하기 위함이나 현실적으로 다음과 같은 경우에도 사용
    • 발전기 1대의 용량으로 부족한 경우
    • 부하의 변동이 심한 경우
    • 부하의 증감에 따라 예비가 필요한 경우
    • 발전기의 무리한 운전을 피하고 효율을 향상시키고자 할 경우

2️⃣병렬운전 조건

  • 전압 일치: 발전기의 단자전압이 계통 전압과 같아야 합니다.
  • 주파수 일치: 발전기의 주파수가 계통 주파수와 같아야 합니다.
  • 위상 일치: 발전기의 전압 위상이 계통 전압 위상과 일치해야 합니다.
  • 극성 일치: 발전기의 극성이 계통의 극성과 일치해야 합니다.
  • 순시 전압: 발전기의 순시 전압이 계통의 순시 전압보다 약간 높아야 합니다. (동기화 과정에서 발전기가 계통에 전력을 공급하도록 하기 위함)

4️⃣각종 제어 장치

병렬운전을 안정적으로 수행하기 위해 다음과 같은 제어 장치가 필요합니다.

  • 속도 조절기 (Governor): 발전기의 회전 속도를 조절하여 주파수를 일정하게 유지합니다.
  • 여자기 (Exciter): 발전기의 자기장을 조절하여 전압을 일정하게 유지합니다.
  • 동기화 장치: 발전기와 계통의 전압, 주파수, 위상을 일치시키는 장치입니다.
  • 보호 계전기: 과전류, 지락, 역전력 등의 이상 상태를 감지하고 발전기를 계통에서 분리시키는 역할을 합니다.
  • 무효전력 제어 장치: 계통의 무효전력을 조절하여 전압 안정도를 유지합니다.
  • 주파수 제어 시스템: 계통 주파수를 일정하게 유지하기 위한 제어 시스템입니다.

5️⃣병렬운전 과정

  1. 발전기 준비: 발전기를 기동하고, 속도를 서서히 증가시켜 계통 주파수와 일치시킵니다.
  2. 전압 조정: 여자기를 조절하여 발전기 전압을 계통 전압과 일치시킵니다.
  3. 위상 일치: 동기화 장치를 이용하여 발전기와 계통의 위상을 일치시킵니다.
  4. 병렬 연결: 위상이 일치하면 접속기를 닫아 발전기를 계통에 병렬 연결합니다.
  5. 부하 분담: 발전기의 출력을 조절하여 부하를 분담합니다.

●136 06발전기 병렬운전에 대하여 다음 사항을 설명하시오

1)발전기 병렬운전 조건
2)조건이 다를 경우의 영향 및 대책방안

☑️발전기 병렬운전조건(전주극위순)
  • 전압일치
  • 주파수일치
  • 극성일치
  • 위상일치
  • 순시전압

2) 조건 불일치 영향 및 대책

전압 불일치

  • 영향:
    Icir=EG−ESXd+XsIcir=Xd+XsEG−ES
    무효순환전류 발생 → 권선 과열
  • 대책:
    • AVR(Automatic Voltage Regulator)을 이용한 전압 조정
    • 전압차 5% 이내에서 병입

주파수 불일치

  • 영향:
    • 주파수 차(Δf) 0.5Hz 초과 시 난조(hunting) 발생
    • 기계적 진동으로 베어링 손상5
  • 대책:
    • Governor 제어기를 이용한 속도 조정
    • 주파수 차 0.25Hz 이내에서 병입

위상 불일치

  • 영향:
    유효순환전류 발생 → 토크 변동
\[P_{cir}=E_GE_S\sin⁡ δ_X\]
  • 대책:
    • PLL(Phase-Locked Loop) 회로를 이용한 위상 동기화
    • Synchroscope 지시계 12시 방향 ±10° 이내에서 병입

상순서 불일치

  • 영향:
    • 2차 단락전류(6~8I_n) 발생 → 차단기 트립
  • 대책:
    • 상순서 검정램프로 점검 후 결선 변경

종합 대응 방안

  1. 자동동기화장치(ASD) 설치:
    • 전압·주파수·위상 실시간 모니터링 및 자동 조정
  2. 순환전류 제한장치:
    • Reactor 삽입으로 순환전류 20% 이내 억제
  3. 보호계전기 설정:
    • 순환전류 150% 초과 시 0.5초 내 차단

병렬운전 성공률을 99% 이상으로 높이려면 Synchronizing Relay와 디지털 제어 시스템 연동이 필수적입니다 특히 고용량 발전기(10MVA 이상)의 경우 반드시 임피던스 매칭을 통해 순환전류를 계산해야 합니다

Citations:

  1. https://blog.naver.com/skp1659/222253397165
  2. https://www.uomustansiriyah.edu.iq/media/lectures/5/5_2020_06_03!11_59_08_PM.pdf
  3. https://forumautomation.com/t/what-is-parallel-operation-of-generators-4-major-requirements-for-the-operation-of-parallel-generator/6625
  4. https://dinoclife.com/%EB%8F%99%EA%B8%B0-%EB%B0%9C%EC%A0%84%EA%B8%B0-%EB%B3%91%EB%A0%AC-%EC%9A%B4%EC%A0%84-%EC%A1%B0%EA%B1%B4-%EB%B0%8F-%EC%9A%B4%EC%A0%84-%EC%A1%B0%EA%B1%B4%EC%9D%B4-%EB%8B%A4%EB%A5%BC-%EA%B2%BD%EC%9A%B0/
  5. https://jungtong.tistory.com/entry/%EB%B0%9C%EC%86%A1%EB%B0%B0%EC%A0%84%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%82%AC-%EB%8F%99%EA%B8%B0-%EB%B0%9C%EC%A0%84%EA%B8%B0%EC%9D%98-%EB%B3%91%EB%A0%AC%EC%9A%B4%EC%A0%84-%EC%A1%B0%EA%B1%B4
  6. https://kimdaeho.com/school/bbs_detail.php?bbs_num=299&tb=board_enterprs_story&id=&pg=34&links_number=
  7. https://yyxx.tistory.com/172
  8. https://bigonemoon.tistory.com/294
  9. http://ftz.myds.me/wordpress/%EB%8F%99%EA%B8%B0%EB%B0%9C%EC%A0%84%EA%B8%B0-%EB%B3%91%EB%A0%AC%EC%9A%B4%EC%A0%84/
  10. https://www.moducbt.com/question/123353
  11. https://testbook.com/electrical-engineering/parallel-operation-of-dc-generator
  12. https://m.cafe.daum.net/skilldadan/nqGd/159
  13. https://generator-pro.co.uk/blog/how-to-parallel-generators/
  14. https://blog.naver.com/lkuyun1/221348669631
  15. https://blog.naver.com/daynight1629/223005888890
  16. https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=jsrhim516&logNo=220802742833
  17. https://www.youtube.com/watch?v=L9v-jioKS2E
  18. https://www.bisonindustry.com/news/how-to-parallel-generators/
  19. https://blog.naver.com/gunpo2021/222163624491

전동기 (JM)

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B BLDC모터
G 동기발전기
H 동기발전기(병렬운전)
Y 동기전동기
E 동기기의 이상현상
I 유도전동기
S 전동기 기동방식
C 유도전동기(속도제어)
R 전동기(제동법,역전법)
P 전동기(효율적 제어방식)

목차(동기발전기 병렬운전)

🌐V0520Z25 / GGR JMH

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