개념 한 쪽
전기공사기사 수력발전소의 전기설비와 운전 — 유량의 구분과 유황곡선
수력발전소의 전기설비와 운전 세트는 운전의 기준이 되는 유량을 갈수량과 평수량으로 구분하고, 유황곡선이 보여 주는 것과 보여 주지 못하는 것, 흡출관에서 생기는 캐비테이션, 수압철관의 유속 변화, 그리고 발전기 단자 출력을 묻는다. 갈수량은 한 해 동안 거의 항상 유지되는 매우 낮은 유량이고, 평수량은 1년의 절반을 기준으로 잡은 가운데값이다.
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뜻
하천 유량은 크기와 지속 기간에 따라 이름을 붙여 구분한다. 갈수량은 한 해 동안 거의 항상, 실무에서는 연중 약 355일 이상 유지되는 매우 낮은 하천 유량을 가리킨다. 평수량은 1년 365일 가운데 185일은 이 양 이하로 내려가지 않는 유량으로, 1년을 반으로 나눈 가운데값의 성격을 가진다. 홍수량과 최저수량은 이 둘과 구분해 쓴다.
유황곡선은 어떤 유량이 얼마나 자주 초과되는지를 보여 주는 그림이다. 그래서 전체적인 유량 변동이나 총량, 특정 확률에 해당하는 유량은 알 수 있다. 반면 각 월별로 유량이 얼마였는지처럼 시간 순서에 따른 값은 곡선만으로는 바로 알기 어렵다.
흡출관에서는 물이 빠져나가며 중심부의 압력이 매우 낮아질 수 있다. 이때 물속에 기포가 생겼다가 다시 찌그러지는 현상이 일어나고, 이 때문에 소리와 진동이 생긴다. 이 현상을 캐비테이션이라고 한다. 흡출관은 수차를 지난 물의 속도에너지를 압력으로 바꾸어 수차가 더 큰 일을 하게 하는 설비이므로, 그 안의 압력 상태를 이해하는 것이 운전에 중요하다.
수압철관의 유속은 관의 지름이 달라지면 함께 달라진다. 흐르는 물의 양은 같으므로 단면적이 작아지면 유속이 빨라지고, 단면적은 지름의 제곱에 비례한다. 그래서 지름이 4 m인 곳에서 유속이 4 m/s이면, 지름이 3.5 m인 곳의 유속은 지름 비의 제곱을 곱해 구한다. 관의 지름이 줄어든 만큼 유속이 커지는 것이다.
발전 출력은 유효낙차로 계산한다. 유효낙차는 총낙차에서 수로와 수압관의 손실수두를 뺀 값이고, 여기에 유량과 종합효율을 곱해 P = 9.8QHη로 구한다. 유량 20 m³/s, 유효낙차 50 m, 종합효율 80퍼센트이면 9.8×20×50×0.8 = 7,840 kW이고, 효율을 곱하지 않은 9,800 kW는 이론값이다.
예제
출제 패턴은 세 가지다. ① 유량의 구분 — 갈수량은 연중 거의 항상 유지되는 낮은 유량, 평수량은 1년의 절반을 기준으로 한 가운데값이다. ② 유황곡선 — 전체 변동과 총량과 특정 확률의 유량은 알 수 있지만 월별 시간 순서의 값은 알기 어렵다. ③ 흡출관 — 중심부 압력이 낮아져 기포가 생겼다가 찌그러지는 캐비테이션이 일어난다.
자주 묻는 물음
- 갈수량이란 무엇인가요?
- 한 해 동안 거의 항상 유지되는 매우 낮은 하천 유량입니다. 실무에서는 연중 약 355일 이상 유지되는 유량을 기준으로 삼습니다.
- 유황곡선으로 알 수 없는 것은?
- 각 월별 유량처럼 시간 순서에 따른 값입니다. 전체적인 변동이나 총량, 특정 확률에 해당하는 유량은 유황곡선으로 알 수 있습니다.
- 흡출관 중심부에 진공이 생기며 기포가 나타나는 현상은?
- 캐비테이션입니다. 압력이 낮아져 물속에 기포가 생겼다가 다시 찌그러지며 소리와 진동이 발생합니다.
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