발전기 단독운전

발전기 단독운전의 정의

발전기 단독운전은 계통이 차단된 뒤 발전기가 부하와만 연결되어 운전하는 상태다.

이때 발전기는 전압과 주파수를 스스로 유지하며 운전한다.

전력계통에서는 이 상태를 허용하지 않는 것이 원칙이다.

원인: 케이블 충전전류

케이블 충전전류는 선간 정전용량 때문에 전압보다 위상이 앞서 흐르는 진상 전류다.

케이블은 긴 동축 콘덴서와 같아 정전용량이 길이에 비례한다.

단독운전이 되면 이 충전전류가 발전기에 진상 무효전력을 공급한다.

부하가 작으면 진상 전류가 커져 발전기 단자전압이 상승한다.

페란티 효과와 자기여자

전압을 올리는 대표 현상으로 페란티 효과와 자기여자가 있다.

페란티 효과는 무부하나 경부하에서 진상 충전전류가 선로 리액턴스에 걸려 생기는 현상이다.

자기여자는 진상 전류가 전기자 반작용으로 계자를 강화해 전압을 계속 올리는 현상이다.

자기여자는 단락비가 작은 발전기에서 쉽게 나타난다.

계통 전압 문제와 발전기 운전 대책

계통 전압 문제는 진상 충전전류가 일으키는 전압 상승이 핵심이다.

발전기 운전 문제는 주파수 변동과 계자, 고정자의 과열이다.

전압 대책은 분로리액터로 진상 무효전력을 흡수하는 것이다.

주파수는 조속기 조정으로, 계자는 AVR 제어로 맞춘다.

단독운전 검출 방식

단독운전 검출 방식은 수동식, 능동식, 전송 신호식으로 나뉜다.

수동식은 전압·주파수·위상 변화를 감시하며 설비 추가가 적다.

다만 부하와 발전량이 균형을 이루면 검출이 늦어져 불감지대가 생긴다.

정리

단독운전은 계통 분리 후 발전기가 부하와만 전압과 주파수를 유지하는 상태다.

원인은 케이블 충전전류이고, 전압 상승과 자기여자로 이어진다.

대책은 분로리액터, AVR, 조속기 조정과 보호 협조다.