속도조정률·속도변동률

속도조정률의 정의

속도조정률은 조속기가 부하 변화에 따라 회전속도, 곧 주파수를 얼마나 바꾸는지를 정하는 값이다.

정격 속도 대비 무부하 속도와 전부하 속도의 차이를 백분율로 나타낸다.

여기서 N0은 무부하 속도, Nn은 정격 속도다.

속도변동률은 같은 식 형태이지만, 무부하에서 전부하까지 실제로 변한 속도의 정도를 뜻한다.

조속기 응답 원리

부하가 늘면 발전기 출력이 기계 입력보다 커져 회전속도가 떨어진다.

조속기는 속도 편차를 검출해 가이드 베인이나 밸브 개도를 조절한다.

수차 출력이 변해 새로운 평형점에 도달하면 주파수가 안정된다.

이때 속도 변화와 출력 변화의 비례 계수가 속도조정률 R이다.

계산 예제

정격 40,000 kW, 정격 주파수 60 Hz, 속도조정률 4%인 수차발전기를 생각한다.

부하 차단 후 주파수가 60.2 Hz로 올랐다. 주파수 변화량은 0.2 Hz다.

출력 변화율은 주파수 변화율을 속도조정률로 나눈 값이다. 계산하면 0.0833이 된다.

출력 변화량은 3,333 kW이고, 따라서 발전기 출력은 36,667 kW가 된다.

조속기 종류 비교

기계식은 원심추로 속도를 검출해 구조가 단순하다. 다만 마찰 때문에 불감대가 있다.

전기식은 전기적으로 속도를 검출하고 신호를 처리해 불감대가 거의 없다.

응답이 빠르고 운전 중 속도조정률을 바꿀 수 있어 대용량 발전소의 주류가 되었다.

그래서 답안에서는 불감대, 응답성, 속도조정 가능 여부를 함께 비교한다.

법정 기준과 ESS

신규로 전력시장에 진입하는 발전기의 속도조정률 기준은 법령으로 정해진다.

수력 및 내연은 3.0~4.0%, 가스터빈은 4.0~5.0%이다. 계산 예제의 4%는 수력 기준 범위의 상한이다.

기력발전기는 5.0~6.0%이며, 연료설계범위를 벗어난 연료를 쓰면 예외로 할 수 있다.

주파수조정용 전기저장장치는 응답이 빨라 2.0% 이내를 따로 정한다.

정리와 흔한 실수

마지막으로 시험에 자주 나오는 핵심을 정리한다.

속도조정률과 속도변동률은 같은 식 형태지만, 두 값을 같은 뜻으로 쓰는 것이 흔한 실수다.

주파수가 높아지면 출력을 줄이고, 낮아지면 출력을 늘린다. 부호 방향을 꼭 적는다.

계산은 주파수 변화율을 속도조정률로 나눈 값에 정격 출력을 곱해 출력 변화량을 구한다.