동기발전기 병렬운전

병렬운전의 정의

동기발전기 병렬운전은 전압·주파수·위상·상순서를 맞춘 뒤 차단기를 투입하는 운전이다.

여러 대의 발전기를 같은 모선에 접속해 공통 부하에 전력을 공급하는 방식이다.

조건이 맞지 않으면 과도 전류와 토크 충격으로 발전기와 계통이 손상된다.

핵심 용어부터 짚고 넘어가자.

병입 조건과 불일치 현상

병입 조건은 전압 크기, 주파수, 위상, 상순서 일치 네 가지다.

전압 차는 무효순환전류를, 주파수 차는 맥동 전류와 난조를 일으킨다.

위상차는 유효순환전류와 축계 충격을, 상순서 불일치는 큰 전류를 일으킨다.

투입 전 전압 차는 10% 이내로 맞추고, 발전기 전압을 약간 높게 둔다.

파형 차가 있으면 고조파 순환전류가 흘러 권선이 가열된다.

순환전류와 병입 원리

두 기전력이 다르면 그 차이 ΔE가 두 기기의 리액턴스 사이에 걸려 전류가 흐른다.

순환전류 Ic는 ΔE를 두 기기의 동기 리액턴스 합으로 나눈 값이다.

ΔE는 위상차 δ가 커질수록 커진다. δ가 0이면 투입 충격이 없다.

크기 차에 의한 무효순환전류는 전압을 같게 하는 방향으로 작용한다.

위상차에 의한 유효순환전류는 위상을 같게 한다. 주파수가 다르면 전류가 맥동한다.

계산 예제

두 기전력 차를 상전압으로 바꾼다. 선간 전압을 루트 3으로 나눈다.

선간 차 200V를 루트 3으로 나누면 상전압 차 ΔE는 약 115.5V이다.

여기에 합성 리액턴스 10Ω을 나누면 무효순환전류는 약 11.6A이다.

정격 전류보다 작아 상식 범위 안이다. 현장에서는 전압 차를 줄이는 것이 원칙이다.

병입 절차와 동기검정

병입은 정격 속도 근처로 기동한 뒤 단계를 차례로 밟는다.

계자전류로 전압을, 조속기로 주파수를 모선과 같게 맞춘다.

다음은 상순서 확인이다. 상순서는 결선으로 고정되므로 설치 단계에서 확인한다.

동기검정기 지침이 멈추는 순간, 즉 위상차가 0이 되는 순간에 차단기를 투입한다.

투입 후에는 원동기 출력으로 유효전력을, 여자로 무효전력을 나눠 맡긴다.

동기검정 방법에는 동기검정기, 동기검정계전기, 암전구법, 명전구법이 있다.

헷갈리는 점과 시험 포인트

병입에서 흔한 실수는 주파수 차와 위상차를 같은 현상으로 쓰는 것이다.

위상차는 유효순환전류를, 주파수 차는 전위차의 시간적 진동을 일으킨다.

주파수가 다르면 전위차 최대값이 발전기 전압의 거의 2배까지 이를 수 있다.

병입 조건은 네 가지를 모두 쓰고, 각 불일치의 현상을 짝지어 쓴다.

상순서 불일치는 대전류를 일으키므로 투입 전에 반드시 확인한다.

핵심 정리

병입은 전압·주파수·위상·상순서를 맞춘 뒤 차단기를 투입하는 운전이다.

전압 차는 무효순환전류, 위상차는 유효순환전류를 만든다.

투입 전 상순서와 동기 조건을 확인하는 것이 핵심이다.