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발전기 용량 산정방식

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4
안 , ,
발전설비 (GG)

발전기 설비계획시 고려사항
발전기 분류
발전기 기동방식 비교
발전기 냉각방식
디젤발전기와 가스터빈 발전기 비교 설명
비상발전기 설계시 고려사항
가스터빈발전기
발전기 용량 산정방식
개정된 소방법 기준 용량산정 방법
소방전원우선보존형 발전기*
각국의 발전기용량 산정방식*
비상발전기 운전시 과전압
고압 비상발전기
비상발전기 계산문제

목차(발전기 용량 산정방식 GGZ)

발전기 용량 산정방식

1️⃣발전기 용량산정시 고려사항

1)단상부하

  • 발전기에 단상부하를 접속 연결하면 발전기의 부하에 √3배의 부하를 접속한 것과 같이 되어 부하용량의 이용률이 줄어든다
  • 이상현상
    • 전압의 불평형
    • 파형의 찌그러짐 현상
    • 이상진동의 원인
  • 대책
    • 3상이 평형을 이루도록 부하를 골고루 분배하여 설계 및 운영
    • 스콧변압기 설치
    • 불평형을 10%이내로 유지
\[불평형률=\frac{각상 단상부하의 최대와 최소의 차}{총부하설비의 용량\times 1/3}\times 100[\%]\]

2)감전압 시동기

  • 전동기 기동 시 감전압 시동을 채택하면 시동 돌입전류가 감소하여 발전기 용량이 줄지만 토크도 같이 감소
  • 전동기가 충분한 속도에 도달하기 전에 감전압으로 전환하면 순시전압강하를 발생하므로 전환되는 시간 설정을 충분한 검토필요

3)고조파 부하

  • 원인
    • 사이리스터, UPS, MOTOR
    • 인버터 승강기
    • 축전지 충전장치
  • 영향
    • 전기의 손실 및 온도 증가의 원인
    • 전기의 댐퍼권선의 온도 상승, 손실 증가
    • 자동전압조정기의 불안정
  • 대책
    • 부하 측 정류상수 증가
    • 리액터 설치하여 공진
    • 고조파 필터 설치
    • 발전기 용량을 부하보다 2배 이상 크게 설치

2️⃣일반부하 발전기 용량산정방식

1)수용 부하운전 시 용량

\[발전기 용량[kVA]=부하의 입력 합계 \times 수용률\]

2)기동 부하전류 중 최대 기동용량

\[발전기 정격[kVA]=\frac{1}{허용 전압강하-1}\times X”_d\times 시동[kVA]\]

X”d : 발전기 과도 리액턴스(0.2~0.25),
허용전압강하 : 0.2~0.25

3️⃣소방부하용 용량 산정방식

1)GP방식 (21년6월14일 이후 기준)

전기설비설계기준 KDS 31 60 20 : 2021

\[GP=[\Sigma P+(\Sigma P_m-PL)\times a +(PL\times a \times c)]\times k\]
해석

GP : 발전기 용량[kVA]
ΣP : 전동기 이외 부하의 입력용량 합계[kVA]
ΣPm : 전동기 부하용량 합계[kW]
PL : 전동기 부하 중 기동용량이 가장 큰 전동기 부하용량[kW]
다만, 동시에 기동될 경우에는 이들을 더한 용량으로 함
a : 전동기의 kW당 입력용량 계수 (추천값 : 고효율 1.38, 표준형 1.45)
다만, 전동기 입력용량은 각 전동기별 효율, 역률을 적용하여 입력용량을 환산 가능
c : 전동기 기동계수 (KESC 발췌_전기안전공사 자료)
k :발전기 정수와 허용전압강하율을 고려한 계수
(명확하지 않은 경우 1.07~1.13)
ΣP : 전동기 이외 부하의 입력용량 합계[kVA]

가. 입력용량(고조파발생부하 제외)

\[P=\frac{부하용량[kW]}{부하효율\times역률}\cdot\cdot\cdot(4.1-2)\]


나. 고조파발생부하의 입력용량 합계(kVA)
㉮ UPS의 입력용량

\[P=(\frac{UPS출력[kVA]}{UPS효율}\times\lambda)+축전지충전용량\cdot\cdot\cdot4.1-3\]

(※축전지충전용량은 UPS용량의 6~10% 적용)
㉯ 입력용량(UPS 제외)

\[P=[\frac{부하용량[kW]}{효율\times역률}]\times\lambda\cdot\cdot\cdot4.1-4\]


(※(THD 가중치)는 KS C IEC 61000-3-6의 표
6을 참고한다. 다만, 고조파저감장치를 설치할 경
우에는 가중치 1.25를 적용할 수 있다.

c : 전동기 기동계수 (KESC 발췌_전기안전공사 자료)

k :발전기 정수와 허용전압강하율을 고려한 계수

2)PG방식(기설설비적용)

일본 내연력협회에서 제정한 방법으로 기존 기설설비에 적용

  • PG₁
    정격운전 상태에서 부하설비의 가동에 필요한 발전기 용량[kVA]
\[P_{G1}=\frac{\sum P_L}{\eta_L\times\cos\theta_L}\times\alpha[kVA]\]

∑PL : 부하의 합계[kW]
α 수용률, 부하율을 고려한 계수
ηL:부하의 종합표율(불분명한 경우 0.85 적용)
cosθ:부하역률(0.8적용)

  • PG₂
    부하 중 최대값(시동[kVA])을 갖는 전동기를 시동할 때의 허용 전압강하를 고려한 발전기 용량[kVA]
\[P_{G2}=P_m\times\beta\times C\times X”\times\frac{1-\Delta V}{\Delta V}\]

Pm : 가장 큰 전동기 출력[kW]
β : 전동기 출력 1[kW]에 대한 시동[kVA](0.72)
C : 시동방식에 따른 계수
X”d : 발전기 과도 리액턴스[%]
ΔV : 발전기 부하로 Pm을 투입할때 허용 전압강하율[%]
(일반적으로 0.25이하, 비상용승강기 : 0.2이하 적용)

  • PG₃
    부하 중 최대값을 갖는 전동기 또는 전동기군을 기동 순서상 마지막으로 시동을 할 때 필요한 발전기 용량
\[P_{G3}=\frac{\sum P_L-P_m}{\eta_L}+P_m\times \beta\times C\times\cos\theta_L\times\frac{1}{\cos\theta_G}\]

Pfm : Pm전동기 시동시 역률(0.4)
cosθG : 발전기 역률(0.8)

  • PG₄
    부하 중 고조파를 감안한 경우
\[P_{G4}=P_{G1}+P_c\times(2.0\sim2.5)\]

Pc : 고조파 발생부하[kW]

  • PG방식 선정 시 고려사항
    • PG₁~PG₃중 가장 큰 값 선택
    • 고조파에 대한 부분 미반영(PG₄는 임시적 개념)
    • 신규 모터 기동에 의한 β, C 계수값이 없다

3)RG방식(기설설비적용)

일본 내연력협회에서 PG방식을 개선하여 개정된 산정방식으로 기존 기설설비에 적용가능

\[발전기용량=R_G계수\times K\]

RG계수[kVA/kW]
K : 부하출력 합계[kW]

  • RG₁
    정상부하 출력계수
\[R_{G1}-1.47\times D\times S_f\]

D : 부하수용률
Sf : 불평형 전류에 의한 선전류 증가계수

  • RG₂
    허용 전압강하 출력계수
\[R_{G2}=\frac{1-\Delta V}{\Delta V}\times X’_d\times\frac{K_s}{Z_m}\times\frac{M_2}{K}\]

Ks :시동계수
Zm : 시동임피던스
M : 최대부하출력[kW]
K₂ : 부하출력합계[kW]
ΔV : 허용 전압강하

  • RG₃
    기저부하 출력계수
\[R_{G3}=0.98d+(\frac{K_s}{1.5Z_m}-0.98d)\times\frac{M3}{K}\]

M₃ : 최대부하출력
d : 기존부하수용률

  • RG₄
    허용 역상전류 출력계수
\[R_{G4}=\frac{1}{K_{G4}}\times\sqrt K_1\]

KG₄ : 허용역상전류 출력계수
K₁ : 고조파계수

  • RG방식 선정 시 고려사항
    • RG₁~RG₄ 중 가장 큰 값을 선택
    • RG값이 실용상 바람직한 범위는 1.47D ≤ RG < 2.2
    • RG₂~RG₃ 에 의하여 과대한 RG값이 산출된 경우에는 기존방식을 바꾸어 실용상 범위에 맞춘다
    • RG₄가 크게 산출될 경우에는 특별한 발전기를 선정하여 실용상 범위에 맞춘다

발전설비 (GG)

발전기 설비계획시 고려사항
발전기 분류
발전기 기동방식 비교
발전기 냉각방식
디젤발전기와 가스터빈 발전기 비교 설명
비상발전기 설계시 고려사항
가스터빈발전기
발전기 용량 산정방식
개정된 소방법 기준 용량산정 방법
소방전원우선보존형 발전기*
각국의 발전기용량 산정방식*
비상발전기 운전시 과전압
고압 비상발전기
비상발전기 계산문제

목차(발전기 용량 산정방식 GGZ)

발전기 용량 산정방식

💯기출문제

○Z17 건축물의 비상발전기 용량 산정에 대하여 설명하시오

모범답안(비상발전기 용량산정 GGZ17)

1️⃣발전기 용량산정시 고려사항

1)단상부하

  • 발전기에 단상부하를 접속 연결하면 발전기의 부하에 √3배의 부하를 접속한 것과 같이 되어 부하용량의 이용률이 줄어든다
  • 이상현상
    • 전압의 불평형
    • 파형의 찌그러짐 현상
    • 이상진동의 원인
  • 대책
    • 3상이 평형을 이루도록 부하를 골고루 분배하여 설계 및 운영
    • 스콧변압기 설치
    • 불평형을 10%이내로 유지
\[불평형률=\frac{각상 단상부하의 최대와 최소의 차}{총부하설비의 용량\times 1/3}\times 100[\%]\]

2)감전압 시동기

  • 전동기 기동 시 감전압 시동을 채택하면 시동 돌입전류가 감소하여 발전기 용량이 줄지만 토크도 같이 감소
  • 전동기가 충분한 속도에 도달하기 전에 감전압으로 전환하면 순시전압강하를 발생하므로 전환되는 시간 설정을 충분한 검토필요

3)고조파 부하

  • 원인
    • 사이리스터, UPS, MOTOR
    • 인버터 승강기
    • 축전지 충전장치
  • 영향
    • 전기의 손실 및 온도 증가의 원인
    • 전기의 댐퍼권선의 온도 상승, 손실 증가
    • 자동전압조정기의 불안정
  • 대책
    • 부하 측 정류상수 증가
    • 리액터 설치하여 공진
    • 고조파 필터 설치
    • 발전기 용량을 부하보다 2배 이상 크게 설치

○Z18 비상발전기에 투입되는 유도전동기 1000[kW]를 안정되게 운전할수 있는 발전기 용량을 설계하시오

○Z19 발전기 용량결정시 단상부하의 영향에 대하여 설명하시오

모범답안(발전기 단상부하 GGZ19)

1)단상부하

  • 발전기에 단상부하를 접속 연결하면 발전기의 부하에 √3배의 부하를 접속한 것과 같이 되어 부하용량의 이용률이 줄어든다
  • 이상현상
    • 전압의 불평형
    • 파형의 찌그러짐 현상
    • 이상진동의 원인
  • 대책
    • 3상이 평형을 이루도록 부하를 골고루 분배하여 설계 및 운영
    • 스콧변압기 설치
    • 불평형을 10%이내로 유지
\[불평형률=\frac{각상 단상부하의 최대와 최소의 차}{총부하설비의 용량\times 1/3}\times 100[\%]\]

●Z20 Rg계수에 의한 발전기 용량 산정에 대해 설명하시오

  • RG₁ 정상부하 출력계수
  • RG₂ 허용 전압강하 출력계수
  • RG₃ 기저부하 출력계수
  • RG₄ 허용 역상전류 출력계수
모범답안(비상발전기RG방식 GGZ20)

3)RG방식(기설설비적용)

일본 내연력협회에서 PG방식을 개선하여 개정된 산정방식으로 기존 기설설비에 적용가능

\[발전기용량=R_G계수\times K\]

RG계수[kVA/kW]
K : 부하출력 합계[kW]

  • RG₁
    정상부하 출력계수
\[R_{G1}-1.47\times D\times S_f\]

D : 부하수용률
Sf : 불평형 전류에 의한 선전류 증가계수

  • RG₂
    허용 전압강하 출력계수
\[R_{G2}=\frac{1-\Delta V}{\Delta V}\times X’_d\times\frac{K_s}{Z_m}\times\frac{M_2}{K}\]

Ks :시동계수
Zm : 시동임피던스
M : 최대부하출력[kW]
K₂ : 부하출력합계[kW]
ΔV : 허용 전압강하

  • RG₃
    기저부하 출력계수
\[R_{G3}=0.98d+(\frac{K_s}{1.5Z_m}-0.98d)\times\frac{M3}{K}\]

M₃ : 최대부하출력
d : 기존부하수용률

  • RG₄
    허용 역상전류 출력계수
\[R_{G4}=\frac{1}{K_{G4}}\times\sqrt K_1\]

KG₄ : 허용역상전류 출력계수
K₁ : 고조파계수

  • RG방식 선정 시 고려사항
    • RG₁~RG₄ 중 가장 큰 값을 선택
    • RG값이 실용상 바람직한 범위는 1.47D ≤ RG < 2.2
    • RG₂~RG₃ 에 의하여 과대한 RG값이 산출된 경우에는 기존방식을 바꾸어 실용상 범위에 맞춘다
    • RG₄가 크게 산출될 경우에는 특별한 발전기를 선정하여 실용상 범위에 맞춘다

○Z21 자가발전설비의 부하 및 운전형태에 따른 발전기의 용량 산정시 고려할 사항을 설명하시오

●Z22 비상용 발전기의 용량산정방식에 대하여 설명하시오

○Z23 비상발전기의 출력용량을 결정시 전동기의 기동측성을 고려한 산정식을 제시하고 설명하시오

●Z24 건축물에서 소방부하와 비상부하를 구분하고 소방부하 전원공급용 발전기의 용량 산정방법과 발전기 용량을 감소하기 위한 부하의 제어방법을 설명하시오

●Z25 Pg방식과 Rg방식

○Z26 소방부하 겸용 발전기 용량산정 시 적용하는 수용률 기준에 대하여 설명하시오

○Z27 전기소방설비에서 비상전원의 종류 및 용량에 대하여 설명하시오

○Z28 건축물의 비상발전기 용량산정에 대하여 설명하시오

●Z135-3 국가건설기준 KDS 32 30 30에 따른 예비전원설비 중 자가발전설비 용량산정 방법을 설명하시오.

모범답안(비상발전기 용량산정 GGZ)

2️⃣일반부하 발전기 용량산정방식

1)수용 부하운전 시 용량

\[발전기 용량[kVA]=부하의 입력 합계 \times 수용률\]

2)기동 부하전류 중 최대 기동용량

\[발전기 정격[kVA]=\frac{1}{허용 전압강하-1}\times X”_d\times 시동[kVA]\]

X”d : 발전기 과도 리액턴스(0.2~0.25),
허용전압강하 : 0.2~0.25

3️⃣소방부하용 용량 산정방식

1)GP방식 (21년6월14일 이후 기준)

전기설비설계기준 KDS 31 60 20 : 2021

\[GP=[\Sigma P+(\Sigma P_m-PL)\times a +(PL\times a \times c)]\times k\]

GP : 발전기 용량[kVA]
ΣP : 전동기 이외 부하의 입력용량 합계[kVA]
ΣPm : 전동기 부하용량 합계[kW]
PL : 전동기 부하 중 기동용량이 가장 큰 전동기 부하용량[kW]
다만, 동시에 기동될 경우에는 이들을 더한 용량으로 함
a : 전동기의 kW당 입력용량 계수 (추천값 : 고효율 1.38, 표준형 1.45)
다만, 전동기 입력용량은 각 전동기별 효율, 역률을 적용하여 입력용량을 환산 가능
c : 전동기 기동계수 (KESC 발췌_전기안전공사 자료)
k :발전기 정수와 허용전압강하율을 고려한 계수
(명확하지 않은 경우 1.07~1.13)

ΣP : 전동기 이외 부하의 입력용량 합계[kVA]

가. 입력용량(고조파발생부하 제외)

\[P=\frac{부하용량[kW]}{부하효율\times역률}\cdot\cdot\cdot(4.1-2)\]


나. 고조파발생부하의 입력용량 합계(kVA)
㉮ UPS의 입력용량

\[P=(\frac{UPS출력[kVA]}{UPS효율}\times\lambda)+축전지충전용량\cdot\cdot\cdot4.1-3\]

(※축전지충전용량은 UPS용량의 6~10% 적용)
㉯ 입력용량(UPS 제외)

\[P=[\frac{부하용량[kW]}{효율\times역률}]\times\lambda\cdot\cdot\cdot4.1-4\]


(※(THD 가중치)는 KS C IEC 61000-3-6의 표
6을 참고한다. 다만, 고조파저감장치를 설치할 경
우에는 가중치 1.25를 적용할 수 있다.

c : 전동기 기동계수 (KESC 발췌_전기안전공사 자료)

k :발전기 정수와 허용전압강하율을 고려한 계수

2)PG방식(기설설비적용)

일본 내연력협회에서 제정한 방법으로 기존 기설설비에 적용

  • PG₁
    정격운전 상태에서 부하설비의 가동에 필요한 발전기 용량[kVA]
\[P_{G1}=\frac{\sum P_L}{\eta_L\times\cos\theta_L}\times\alpha[kVA]\]

∑PL : 부하의 합계[kW]
α 수용률, 부하율을 고려한 계수
ηL:부하의 종합표율(불분명한 경우 0.85 적용)
cosθ:부하역률(0.8적용)

  • PG₂
    부하 중 최대값(시동[kVA])을 갖는 전동기를 시동할 때의 허용 전압강하를 고려한 발전기 용량[kVA]
\[P_{G2}=P_m\times\beta\times C\times X”\times\frac{1-\Delta V}{\Delta V}\]

Pm : 가장 큰 전동기 출력[kW]
β : 전동기 출력 1[kW]에 대한 시동[kVA](0.72)
C : 시동방식에 따른 계수
X”d : 발전기 과도 리액턴스[%]
ΔV : 발전기 부하로 Pm을 투입할때 허용 전압강하율[%]
(일반적으로 0.25이하, 비상용승강기 : 0.2이하 적용)

  • PG₃
    부하 중 최대값을 갖는 전동기 또는 전동기군을 기동 순서상 마지막으로 시동을 할 때 필요한 발전기 용량
\[P_{G3}=\frac{\sum P_L-P_m}{\eta_L}+P_m\times \beta\times C\times\cos\theta_L\times\frac{1}{\cos\theta_G}\]

Pfm : Pm전동기 시동시 역률(0.4)
cosθG : 발전기 역률(0.8)

  • PG₄
    부하 중 고조파를 감안한 경우
\[P_{G4}=P_{G1}+P_c\times(2.0\sim2.5)\]

Pc : 고조파 발생부하[kW]

  • PG방식 선정 시 고려사항
    • PG₁~PG₃중 가장 큰 값 선택
    • 고조파에 대한 부분 미반영(PG₄는 임시적 개념)
    • 신규 모터 기동에 의한 β, C 계수값이 없다

3)RG방식(기설설비적용)

일본 내연력협회에서 PG방식을 개선하여 개정된 산정방식으로 기존 기설설비에 적용가능

\[발전기용량=R_G계수\times K\]

RG계수[kVA/kW]
K : 부하출력 합계[kW]

  • RG₁
    정상부하 출력계수
\[R_{G1}-1.47\times D\times S_f\]

D : 부하수용률
Sf : 불평형 전류에 의한 선전류 증가계수

  • RG₂
    허용 전압강하 출력계수
\[R_{G2}=\frac{1-\Delta V}{\Delta V}\times X’_d\times\frac{K_s}{Z_m}\times\frac{M_2}{K}\]

Ks :시동계수
Zm : 시동임피던스
M : 최대부하출력[kW]
K₂ : 부하출력합계[kW]
ΔV : 허용 전압강하

  • RG₃
    기저부하 출력계수
\[R_{G3}=0.98d+(\frac{K_s}{1.5Z_m}-0.98d)\times\frac{M3}{K}\]

M₃ : 최대부하출력
d : 기존부하수용률

  • RG₄
    허용 역상전류 출력계수
\[R_{G4}=\frac{1}{K_{G4}}\times\sqrt K_1\]

KG₄ : 허용역상전류 출력계수
K₁ : 고조파계수

  • RG방식 선정 시 고려사항
    • RG₁~RG₄ 중 가장 큰 값을 선택
    • RG값이 실용상 바람직한 범위는 1.47D ≤ RG < 2.2
    • RG₂~RG₃ 에 의하여 과대한 RG값이 산출된 경우에는 기존방식을 바꾸어 실용상 범위에 맞춘다
    • RG₄가 크게 산출될 경우에는 특별한 발전기를 선정하여 실용상 범위에 맞춘다

발전설비 (GG)

발전기 설비계획시 고려사항
발전기 분류
발전기 기동방식 비교
발전기 냉각방식
디젤발전기와 가스터빈 발전기 비교 설명
비상발전기 설계시 고려사항
가스터빈발전기
발전기 용량 산정방식
개정된 소방법 기준 용량산정 방법
소방전원우선보존형 발전기*
각국의 발전기용량 산정방식*
비상발전기 운전시 과전압
고압 비상발전기
비상발전기 계산문제

목차(발전기 용량 산정방식 GGZ)

발전기 용량 산정방식

🌐 1003Z24 / GGZ

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