전기공사기사 수차 및 부속설비 — 조속기·조압수조와 수압관

특유속도는 수차의 회전수와 출력과 낙차를 하나로 묶은 수치다. 공식을 뒤집으면 주어진 특유속도와 출력과 낙차로 회전수를 구할 수 있다. 재료의 계산 예에서는 유효낙차 90 m, 출력 104,500 kW, 특유속도 210인 수차의 회전수가 약 180 rpm으로 제시된다. 특유속도는 수차의 형식과 운전 범위를 나타내는 값이므로 회전수와 함께 움직인다고 이해하면 된다.

조속기는 회전수의 변화를 잡아 주는 장치다. 그런데 조속기를 너무 예민하게 만들면 작은 변화에도 크게 반응해 계속 흔들리게 되고, 이런 반복된 과교정이 쌓이면 결국 동기에서 벗어나는 심각한 고장이 날 수 있다. 조속기는 예민함이 곧 좋은 것이 아니라 안정적으로 회전수를 잡아 주는 것이 중요하다.

물이 급격히 흐르거나 멈추면 관로에는 큰 압력 변화가 생긴다. 조압수조는 이 순간적인 압력 변화를 흡수하는 탱크로, 급격한 밸브 조작이나 부하 변화로 생기는 충격을 완화해 관이나 설비가 손상되는 것을 막는다. 취수구에 설치하는 제수문은 물의 흐름을 열고 닫거나 조금씩 조절하는 문으로, 필요한 만큼의 물만 취하고 과도한 유량이 들어오는 것을 막아 설비를 안전하게 운전하게 한다.

수압관을 흐르는 물의 양은 단면적과 유속의 곱이다. 단면적 3 m²인 수압관을 평균 유속 4 m/s로 흐르면 유량은 12 m³/s다. 압력수두는 압력이 물기둥의 높이로 바뀐 값이므로, 주어진 압력을 물의 단위중량으로 나누면 그 압력이 몇 미터 높이의 물기둥과 같은지 알 수 있다. 베르누이 방정식은 마찰이 없는 이상유체에서 위치수두와 압력수두와 속도수두의 합이 일정하다는 것이고, 실제 유체는 관 벽과의 마찰로 총수두가 감소한다.

남는 전력으로 물을 끌어올려 저장하는 방식도 부속설비와 함께 이해한다. 전력 계통이 가벼운 때나 다른 발전소에 전력 여유가 있을 때 잉여 전력으로 펌프를 돌려 물을 상부 저수지에 저장하고, 필요할 때 수압관을 통해 그 물로 발전하는 발전소가 양수식 발전소다. 연평균 유량은 강우량에 유역면적을 곱하고 유출계수를 곱한 뒤 1년을 초로 나누어 구한다.