-동기 발전기- 13강. 발전기 병렬운전 4가지 조건의 본질과 속뜻 (1)

[@제주조반장]

지식을 아낌없이 나눠주심에 다시한번 감사드립니다. 답변들도 참 성의있게 해 주시네요. 늘 좋은 날 되십시요*^^*

[@Elecstein]

안녕하세요 아고 별말씀을요 조금이나마 도움되셨으면 좋겠습니다 좋은 주말 보내셔요 !

[@Mongkunee]

유도발전기나 유도전동기의 계통 무효전력 흡수 원리도 궁금합니다...! 매번 외우거나 직관적으로 계통과 기기의 회전자계의 토크차이로 넘어가긴하는데 정확한 설명은 찾기가 어렵네요 ㅎㅎ

[@Elecstein]

안녕하세요 무효전력을 직관적으로 이해하기 위해서는 선로를 따라 전파해 가는 입사파, 반사파, 투과파의 관계를 파악해야 합니다. 하지만 정현 혹은 여현 파형으로 선로를 따라 진행하는 과정을 파악하는 것은 통신 영역에 가깝지요. 그래서 전기공학 전공하시는 분들이 접근하기 까다로운 경우가 많습니다. 이러한 까다로움 때문에 " E*cosδ 와 Vt 를 비교하여 크기가 큰 곳에서 작은 곳으로 무효전력(+jQ)가 이동한다." 라고 중간과정을 생략하여 결론만 말하곤 하지요. (이러한 중간 과정은 송전 선로에 전파하는 정현 혹은 여현파의 입사파와 반사파를 실제로 그려가며 분석해야 하는데, 컴퓨터를 이용하지 않은 이상 매우 힘든 일입니다. ) 부족함이 있겠지만 글로 중간 과정을 설명 드리자면 ex) 단거리 송전선로에서 발전기 단독 운전(R-L부하 체결) 중, 송전 선로 에서 입사파와 반사파의 합의 PEAK값이 송전선로에서 100V가 찍힌다고 가정해 보겠습니다. 그리고 지상부하(R-L부하)가 체결되어있는 수전단에서 찍히는 피크값은 송전선로에서 찍히는 PEAK값 100V보다 낮은 값이 나오게 됩니다. 이렇듯 발전기에 R-L부하가 달려있을 경우 수전단 전압의 값이 낮아졌고, 과거엔 R-L부하는 일상생활에서 쓰이는 대부분의 부하였기 때문에 "어? 수전단 전압이 낮아졌네? 그럼 발전기는 무효전력을 공급하고 부하는 무효전력을 소비(흡수)하고 있구나" 라고 약속해버린 것입니다. 이렇듯 무효전력 공급 소비란 사실 엄청난 뜻이 있는 것이 아닙니다. 단순히 수전단 에서 체크한 입사파 반사파 투과파의 관계와 더불어 관습적인 상황까지 더해진 결과인 것이지요. 이러한 입사,반사,투과 관계를 빼고 결론만 말한 것이 E*cosδ 와 Vt의 크기 관계 비교 입니다. E*cosδ > Vt : 지상부하 (발전기에서 부하로 +jQ공급으로 약속) E*cosδ < Vt : 진상부하(발전기에서 부하로 -jQ공급으로 약속 = 부하에서 발전기로 +jQ 공급으로 약속) cf) 무부하 시에는 단거리 송전선로에서 찍히는 PEAK값이 수전단에서 찍히는 PEAK값과 거의 같은 값이 나옵니다. TMI이긴 합니다만.. 비슷한 맥락으로 사실 따지고 보면 전기공학에선 별 뜻이 아닌 경우들이 종종 있습니다. 예를들어 우리가 3상 단락전류를 구할때 유기기전력을 고정시켜 놓고 구하는데 이것도 사실 엄청난 뜻이 있어서 그런 것은 아닙니다. 단락전류를 구하는데 용이하게 하기위해 IEEE측에서 이렇게 하자라고 약속한 것이지요. 참고로 Electric Machinary Chapman 5th 책에서는 학술 목적으로 저술된 책이기 때문에 IEEE에서 정한가정을 설명할 때, "우리는 전통적으로 이러한 방식을 고수해 왔다." 라고 설명하지요. 사실 유기기전력도 제동권선(제동권선 q축d축 모두고려), 회전자의 와전류에 의한 자속 등등 변수를 고려하려고 하면 끝이 없으므로 편의상 유기기전력을 제한시키고 리액턴스값을 늘려 구하는 것입니다. 이렇게 여러 변수를 고려한 모델링은 굉장히 고차원적인 접근방식으로 논문 주제로 연구하는 토픽중에 하나입니다. 말이 너무 길었네요.. 도움 되셨으면 좋겠습니다.!

[@Mongkunee]

@@Elecstein 아이고 너무 감사드립니다 ㅠㅜ 저장해놓고 정독하겠습니다!! 항상 좋은영상 감사드려요~!

[@Elecstein]

@@Mongkunee 사실 전기공학을 하다보면 이렇게 사람들이 관습적으로 정해 놓은것들이 종종 있지요. 이런 관습적인 상황은 100퍼센트 논리적인 상황이 아니기때문에 누구든 받아들이는데 조금 어려움이 따르는것 같습니다. RL부하의 무효전력 +jQ소비(흡수라고도 하죠), RC부하의 무효전력 + jQ공급(-jQ흡수)의 정의 또는 단락전류에서 유기기전력의 고정에서 나타는것이 관습적으로 약속한 대표적인 예시라고 생각해주시면 될 것 같습니다. 저또한 위처럼 정해놓은 가정이 논리적으로 100% 맞지 않은다는 것은 알지만 항상 이러한 관습에 젖어 살다보니 이젠 자연스럽게 받아들이면서 사용하고 있는것 같네요 추후 실제 RL부하가 있을경우 사인파형이 수전단에서 어떻게 입사하고 반사하는지 프로그램을 사용해 영상을 제작하려고 합니다 이를토대로 한번더 자세히 설명해드리도록 하겠습니다 일단 받아들이시는데 어려움이 있으시다면 제가말씀드린 E*Cosδ와 Vt(단자전압) 비교를 통해 무효전력의 방향설정을 하셔도 큰 문제는 없습니다 1~2주내로 움직이는 파형영상으로 찾아 찾아뵙겠습니다 감사합니다👍

[@Elecstein]

아이고 유도기 관련내용인데 제가 질문핵심을 잘못 파악 했네요 유도발전기와 유도전동기도 동기발전기처럼 벡터도를 그리면 파악가능합니다. 빠른시일내로 유도전동기 유도발전기 벡터도로 그리는법 올려보겠습니다 혼란끼쳐드려 죄송합니다🙇‍♂️

[@Mongkunee]

@@Elecstein 앗 감사합니다 ㅎㅎ 올려주시면 정독할게요!!

[@미니밈-j2r]

안녕하세요. 좋은 강의 감사합니다. 유기기전력이 같을것 조건과 관련해서 질문이 있습니다. 유기기전력이 달라도 단자전압이 같은 경우에도 무효순환전류가 발생하나요?

[@Elecstein]

안녕하세요 단자전압이 평형을 유지한다해도 유기기전력이 다르면 발전기 내부 인덕턴스분을 기반으로한 무효전류가 흐르게 됩니다. 감사합니다

[@밥상-v5h]

안녕하세요 슈타인님! 병렬운전 기전력 주파수와 위상이 다를 때 궁금한 점이 있어 질문드리려 합니다 1. 주파수가 다를때 60Hz, 84Hz 기전력을 서로 빼서 주파수가 빨라졌다가 느려짐을 반복한다고 설명해주셨습니다 1.1 두 기전력을 빼는 이유가 발전기를 통해 흐르는 순환전류를 표현하고자 뺀건가요? 1.2 또한 주파수의 빨라짐과 느려짐이 반복된다는건 합성 기전력이 교번하는 주기가 변화한다는 것인가요? 2. 위상차 델타는 주파수가 같을때 비교할수 있는데 위와 같이 주파수 차이가 약하게라도 난다면 위상을 비교하는 것이 의미가 없지않나요? 위상차가 0도부터에서 점점 커졌다가 180도에서 360부근까지 다시 가까워지는게 아닌가 하는 생각입니다 감사합니다!

[@Elecstein]

1. 두 기전력의 주파수 차이로 고조파 처럼 생긴 파형을 보셨지요? 이것은 고조파 순환전류를 발생시키고 고조파의 경우 고른 회전자계를 만들어내지 못하기 때문에 동기기의 난조(Hunting)현상이 발생합니다. 2.이유는 병렬운전의 경우 동일크기, 동일주파수, 동일위상,동일파형일때, 운전조건을 만족합니다. 이렇듯 잘 맞아떨어진 조건에서 운전중일 때, 크기 주파수 위상이 변화할 경우 어떠한 일이 일어나는지 관찰하는것이 병렬운전의 핵심입니다. 이렇게 분석하지 않는다면 위상차이가 발생했을 때 위상이 앞선 발전기는 위상차이가 늦게되고, 위상이 늦은 발전기의 위상이 빨라지는 것을 설명할 수 없습니다. 참고로 0도부터에서 점점 커져서 다시 만난다고 하셨는데, 발전기 병렬운전에서 두 발전기의 주파수차이가 약간 나는 경우 유효전력 전달로 인해 양쪽모두 새로운 동일 주파수로 접어들게 됩니다. 위상이 빠른 친구는 속도가 감소하게 되고, 위상이 늦은 친구는 속도가 빨라져서 새로운 동기주파수에서 운전하게 되는 것이지요. 허나 주파수차이가 심하게 나는 경우 말씀하신바와 같이 다시만나는 행동을 반복하게 될 것입니다. 유효전력 전달로 새로운 주파수에 접어드는 행동을 하지 못합니다. 이 때, 난조현상과 고조파 순환전류가 지속적으로 발생하게 되는 것이지요. 감사합니다.

[@K설비솔루션해결사]

강의 잘보고 있는 1인입니다. 우리 아파트 옥상에서 태양광 발전을 계통연계해서 공용에 사용을 하고있습니다 주간에 아래와같이 역율(0.58)이 많이 낮았읍니다. P 47 Q 65 Pa 81 *변압기실 ACB측에서 위의 값이 표시됩니다. 업체에서 태양광 발전을 계통연계하면 무효전력이 많이 생긴다는데 벡터도로 해석을 해야하나요? 감이 오지 않네요?

[@K설비솔루션해결사]

아니면 태양광 발전측 유효분이 변압기측으로 보면 무효분이 되나요?

[@Elecstein]

네 맞습니다 말씀해주신것처럼 벡터도로 해석해주시면 됩니다! 원점부터 X축에 47크기만큼 선을 그어주면 유효전력벡터 P가 되고, 원점부터 Y축에 65만큼 선을 그려주면 무효전력벡터 Q가 됩니다. 그리고 피상전력의 크기 Pa는 P(47)를 밑변으로하고, Q(65)를 높이로하는 삼각형의 빗변값이 됩니다. 따라서 피타고라스 정리에 의해 피상전력Pa의 크기는 (47*47 + 65*65)=6434 에 루트를 씌워주면 빗변값인 약 80.2가 피상전력 Pa값이 나오게 됩니다. 즉, 쉽게 말씀드리자면 직각삼각형을 그리신다음 밑변이 유효전력이 되고 높이가 무효전력이 됩니다. 그리고 빗변길이는 당연히 피상전력이 되는것이지요. 서면상이라 말씀드리는데 제한이 있어 잘 전달 되었을지 모르겠습니다 도움되셨으면 좋겠습니다👍 시청해주셔서 감사합니다

[@Elecstein]

@@K설비솔루션해결사 태양광은 조금특별하여 DC로 설비에 유효전력분만 공급을 해줍니다. 그렇다면 태양광설치전 원래 변전실에서 예를들어 역률측정시 P100 Q65만큼을 부하에 공급하고 있었다고 가정해보겠습니다.태양광 설치후 이때 태양광이 53만큼의 유효전력분을 부담하게 되어 변전실에는 P (100-53)=47 Q 65가 찍히게 되어 변전실에서 보자면 역률이 저하한 것으로 나오게 됩니다. 다만 부하는 태양광 설치전이든 이후든 P100 Q65를 공급받고 있는 상황이므로 사용하는데는 지장이 없는것이지요. 도움되셨으면 좋겠습니다👍

[@K설비솔루션해결사]

콘덴서 용량 설명할때, 사용하는 벡터도를 이용해서 해석 하다보니 잘못했나보네요. 태양광 유효분이 변압기측 무효분을 상쇄하는게 아니고 , 태양광 발전의 유효분이 부하의 유효분을 커버해주는 것이 맞나보내요? 그러면서 피상Pa도 줄어들고요?

[@Elecstein]

@@K설비솔루션해결사 네 맞습니다. 태양광은 부하의 유효분을 가져갑니다. 그래서 변전실에서는 유효전력을 공급한것보다 유효전력분이 감소되지요. 대신 유효전력 감소로 인해 P47 Q65가 되어 역률은 조금 나빠지게 됩니다

[@홍성복-m6r]

위상각이 다를때 G1측에서 G2측으로 전력을 주고 G2에서는 G1에서 전력을 받는데 이때, G1은 G2에 수수전력을 주고 + 부하측에 전달하는 전력하여 전력이 늘어나고 G2는 G1으로부터 전력을 받기에 부하측에 전달하는 전력이 줄어드는게 맞을까요?

[@홍성복-m6r]

기전력의 크기가 다른 경우에는 G1에서는 부하측에 전달하는 무효전력 + G2측에 전달하는 무효전력. G2는 G1에서 무효전력을 받기에 부하측에 전달하는 무효전력이 줄어드는게 맞는지

[@홍성복-m6r]

마지막 위상각 같은 조건에서 무효전력도 이동이 된다고 하셨는데 기전력의 크기가 같은데 이동이 되는건가요???

[@Elecstein]

반갑습니다 기전력의 크기가 같고 위상각차이가 나면 약간이지만 무효전력 이동이 생깁니다 감사합니다 :)

[@홍성복-m6r]

매번 질 좋은 강의 감사드립니다^^ 추후에 가능하시면 HVDC쪽도 설명해주실수있을까요

[@Elecstein]

@@홍성복-m6r반갑습니다 대강 HVDC 강의 자료 만든것은 있긴하지만 제 스스로 만족스럽지 못해서 강의는 찍지 않고 있습니다. 좀 더 보완이 되면 올려드리도록 하겠습니다. 감사합니다 :)

[@asfjg]

동기발전기를 사용하고 있는 화력발전소입니다. 터빈은 유효전력을 컨트롤하고 여자기는 무효전력을 컨트롤 한다고 하는데 궁금한건이 있어 질문을 올립니다. 1. Steam 유입량은 달라도 회전자는 3600rpm으로 똑같이 회전하는데 왜 유효전력이 다른가요? 2. 왜 터빈은 유효전력을 컨트롤 한다는데 왜 무효전력은 컨트롤 한다고 하지 않나요? 3. 여자기는 회전자를 자속을 발생시키고 단자전압을 컨트롤 하는데 유효전력에는 영향을 안주나요?

[@Elecstein]

안녕하세요! 1. Steam 유입량은 달라도 회전자는 3600rpm으로 똑같이 회전하는데 왜 유효전력이 다른가요? -동기발전기의 Steam 유입량이 달라질 때 3600rpm으로 회전하려면 동기발전기가 무한대 모선과 연결되어 병렬 운전하는 경우를 예로 들수 있겠습니다. 무한대 모선에 연결된 동기 발전기는 무부하 주파수 크기가 커지면(Steam량 증가) 회전량 증가로 에너지를 사용하지 않고 무한대 모선이 부담하는 유효전력을 대신 부담하게 되는 역할을 하게 됩니다. 2. 왜 터빈은 유효전력을 컨트롤 한다는데 왜 무효전력은 컨트롤 한다고 하지 않나요? -터빈은 회전하는 친구입니다. 이렇듯 회전을 하거나 열을 내거나 하는 친구들처럼 내가 느낄 수 있고, 다시 주워담기 힘든(저장이 힘든) 친구들을 보통 유효전력 이라고 합니다. 이렇듯 터빈은 회전을 하는 친구이므로 유효전력 그 자체입니다. 이러한 터빈이 수용가에서 사용하는 유효전력을 컨트롤 하는 것은 직관적으로 이해 가능하실 겁니다. 그래서 회전력을 증가 시키면 유효전력 부담이 늘어나게 되는 것이지요. 따라서 터빈과 무효전력의 연관성은 유효전력 연관성보다 조금 떨어지게 됩니다. 그래서 조금 연관이 있는 정도이지, 컨트롤한다고 까지 말할 순 없습니다. 3. 여자기는 회전자를 자속을 발생시키고 단자전압을 컨트롤 하는데 유효전력에는 영향을 안주나요? -2번 답과 유사합니다. 여자기도 유효전력의 변동보다 무효전력의 변동성이 크므로 유효전력을 컨트롤 한다고 말하진 않습니다. Q-V가 Q-P보다 훨 많이 Sensitivity가 크다고 표현합니다. 조금이나마 도움 되셨으면 좋겠습니다. 감사합니다.!

[@asfjg]

@@Elecstein 정성스런 답변감사합니다. 1. 터빈 증기가 많아지면(입력) 회전하는데 힘을 쓰지않고 전기를 생산하는데(출력)힘을 많이 쓴다고 이해했습니다. 반대로 증기가 적어지면 (출력)이 적어지는거겠죠 2번부터 이해가 잘안되네요... 2. 터빈은 회전을 도와주는것 뿐이지 전력은 고정자에서 생기는 것인데 유효전력, 무효전력 둘다 생산되는것 아닌가요? 3. 여자기를 통해 고정자의 단자전압을 컨트롤하면 P=루트3VI인데 유효전력도 컨트롤 되는거 아닌가요?

[@Elecstein]

안녕하세요! 2. 터빈은 회전을 도와주는것 뿐이지 전력은 고정자에서 생기는 것인데 유효전력, 무효전력 둘다 생산되는것 아닌가요? -유효전력의 원천은 터빈입니다. 이 터빈이 유기기전력을 만들고 고정자에 전류가 생성되지요. 이 때, 부하입장에서 전압 전류의 동위상분(유효전력)은 터빈이 회전하는 에너지가 전달되는 것입니다. 그래서 우리가 사용하는 유효전력의 원천은 발전소 터빈에서 온 것입니다. 터빈에너지의 원천은 화석연료, 원자력 에너지, 수차에너지가 되겠지요. 따라서 우리가 사용하는 것은 유효전력은 사실 화석연료 에너지, 수차에너지, 원자력 에너지가 변환되어 수용가까지 도달한 것에 불과합니다. Cf) 발전기 명판을 보시면 TURBINE : OOO[MW], GENERATOR : OOO[MVA] 라고 해서 터빈 유효전력이 표시가 되기도 합니다. 3. 여자기를 통해 고정자의 단자전압을 컨트롤하면 P=루트3VI인데 유효전력도 컨트롤 되는거 아닌가요? 부하가 일정할 때, 전압을 끌어올리면 부하가 일정하므로 전류가 감소합니다. 부하가 변동이 없으므로 유효전력이 일정하단 뜻이지요. 하지만 현실에서 무한대 모선에서 일정한 전압(정전압)으로 공급하므로 전압이 변동하는 것은 보기 힘듭니다. 따라서 일정전압 보다 높으면 과전압 계전기 낮으면 저전압 계전기로 트립시키도록 하는 것이지요.(물론 급한상황이 아니라면 여자기를 조정하는 AVR이 동작이 되야되겠지요.) 따라서 전압컨트롤 이라고 하는 것은 사실상 일정전압(ex)220V) 을 위한 컨트롤이 되겠습니다. 그리고 모든 부하는 자신이 필요한 정격전압,전류에 맞춰 생산되므로 전압이 높으면 기기절연이 열화,파괴되며 전압이 낮게되면 과전류가 만들어져 부하가 손상을 입을 수도 있습니다. 감사합니다

[@asfjg]

그러면 말씀하신대로 터빈은 유효전력을 무효전력은 여자기가 컨트롤 한다는 것으로 알겠습니다... 혹시 카카오톡 같은걸로 연락 가능할까요...? 발전소 다니고 있지만 모르는게 너무 많네요...

[@asfjg]

@@Elecstein 유효 P=VIcos쎄타 무효전력 Q=VIsin쎄타 서로 같은 V가 변하는데 서로 영향을 안주나요? 그리고 발전기는 단자전압 16.5kV인데 AVR이 수용가 220V를 기준으로 맞추는건가요?

[@이현주-w5h7j]

설명은 감사하지만 "무슨말인지 아셨죠?" 이 말 좀 안했으면 좋겠어요. 거의 말끝마다 이 말을 하니 듣기 좋지 않습니다. 개그맨들 유행어도 아니고... 죄송합니다.

[@Elecstein]

아고 불편하셨군요 피드백 받기 이전 강의라 그런것 같네요 최근강의들은 피드백 수용해서 사용하지 않고 있습니다 연휴 마무리 잘하시길 바랍니다 감사합니다

[@이현주-w5h7j]

@@Elecstein 죄송합니다.

[@Elecstein]

@@이현주-w5h7j 감사합니다~!