동기발전기 출력가능곡선

출력가능곡선의 정의

동기발전기 출력가능곡선은 발전기가 P와 Q를 동시에 얼마까지 낼 수 있는지 보여 주는 지도다.

곡선 안쪽이 안전 운전영역이고, 바깥쪽은 운전할 수 없는 영역이다.

종축은 무효전력 Q, 횡축은 유효전력 P다.

한계 요인과 곡선의 구성

발전기 한계는 열적, 기계적, 안정도 한계로 나뉜다.

전기자 열과 계자 열 한계는 전류 크기로 정해지며, 곡선의 원호와 과여자 쪽을 만든다.

저여자 단부 발열, 원동기 출력, 안정도 한계가 곡선의 나머지 경계를 만든다.

이 한계선들을 한 그림에 겹쳐 그리면 출력가능곡선이 된다.

과여자와 저여자 운전

계자 전류를 키우면 과여자, 지상 운전이 되어 무효전력을 공급한다.

계자 전류를 줄이면 저여자, 진상 운전이 되어 무효전력을 흡수한다.

두 운전의 제한 요인이 다르므로 곡선 위 운전점의 이동 방향을 함께 봐야 한다.

P와 Q는 E, V, Xs, 상차각 δ의 식으로 나타난다.

계산 예제

정격 피상전력 100MVA, 역률 0.9인 발전기를 예로 든다.

유효전력은 피상전력에 역률을 곱해 90MW가 된다.

무효전력은 사인 값을 곱해 약 43.6MVar가 된다.

역률을 0.95로 올리면 무효전력은 약 31.2MVar로 작아진다.

헷갈리는 점과 진상 운전

헷갈리기 쉬운 점은 저여자 한계를 열적 한계와 혼동하는 것이다.

저여자 운전은 계자 자속이 작아 고정자 철심 단부에 와전류 발열이 생긴다.

진상 운전 시 소내 전압이 낮아지면 보조기 토크가 전압의 2승에 비례해 줄어든다.

그래서 진상 운전 한계는 전압 기준과 함께 판단해야 한다.

정리

출력가능곡선은 발전기가 P와 Q를 동시에 낼 수 있는 범위를 보여 준다.

열적, 기계적, 안정도 한계가 한 그림에 겹쳐 안전 운전영역을 정한다.

곡선 내부에서 운전하는 것이 발전기 보호와 계통 전압 유지의 기준이다.