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발전기 용량 산정방식

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4
안 , ,
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(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)

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(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)

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(발전기 용량 산정방식 GGZ)

발전기 용량 산정방식

🌐 1003M24 / GGZ

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