개념 한 쪽
수력발전소의 전기설비와 운전 세트는 조속기 예민으로 인한 난조·탈조, 낙차 변경에 따른 회전수(N∝√H), 발전시간과 연간 발전전력량, 취수방식 분류를 묻는다.
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출제기준 단원 「수력발전소의 전기설비와 운전 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 유속 무관 요소 제거 | 1 | v=√(2gH)에서 직접 변수가 아닌 것을 뺀다 |
| 취수방식 옳지 않음 선택 | 1 | 취수 분류에 속하지 않는 방식을 고른다 |
| 발전소 연간 출력 계산 | 1 | 9.8qHη와 8760h로 연간 전력량을 낸다 |
운전 중 이상은 조속기에서 먼저 본다 — 조속기는 부하가 변해도 수차의 회전속도를 일정하게 유지하는 장치인데, 감도가 지나치게 예민하면 미세한 속도 변화에도 과보정이 반복된다. 그 결과 회전자가 목표 속도 위아래로 왕복 진동하는 난조(hunting)가 일어나고, 이 진동이 심해지면 발전기가 계통과의 동기를 잃는 탈조로 이어진다 — '조속기 과예민 = 난조 = 탈조' 삼단으로 답한다. 반대편 억제 요인은 속도 변동률이 작음·관성 모멘트가 큼·제동권선이 있음이고, 전압변동률은 조속기가 아닌 자동전압조정기(AVR)의 영역이라 무관하다.
낙차를 바꿔 쓰는 운전은 제곱근 하나로 정리된다 — 같은 수차의 회전수는 낙차의 제곱근에 비례해 N₂=N₁√(H₂/H₁)다. 낙차 290m·500rpm 수차를 225m에서 쓰면 500×√(225/290)≈440rpm인데, 제곱근 없이 비례(225/290)를 곱하면 400이 나와 함정 보기가 된다. 낙차가 줄었는데 빨라지는 보기는 상식적으로 탈락시킨다.
물이 정해져 있으면 발전시간을 구한다 — 총발전량은 W=9.8QHη(kWs)로, 유효저수량 200000m³·평균 유효낙차 100m·합성 효율 85%면 W=1.666×10⁸kWs이고 ÷3600해 약 46278kWh다. 발전기 출력 7500kW 1대로 운전하면 46278÷7500≈6.17시간(약 6시간)을 발전할 수 있다 — 9.8 누락·÷3600 누락이 오답의 출처다.
발전소 계획의 재료는 유량곡선과 취수방식이다 — 댐 설계·저수지 용량은 유입유량을 누적한 적산유량곡선으로 정하고, 취수방식 분류는 댐식·수로식·댐수로식·유역변경식 4가지뿐이라 그 밖의 용어(역조정지식 등)가 '틀린 것'으로 나온다. 분사 유속 v=√(2gH)의 직접 변수는 유효낙차를 정하는 연직거리·경사·유량이고 관의 길이는 아니다.
① 낙차 변경 — N₂=500×√(225/290)≈440rpm. ② 발전시간 — W=9.8×200000×100×0.85÷3600≈46278kWh, t=46278÷7500≈6.17h.
어떤 수력발전소의 수압관에서 분출되는 물의 속도와 직접적인 관련이 없는 것은?
정답 ③ · 수압관에서 분출되는 물의 속도는 (H: 유효낙차)로 결정된다. 유효낙차는 총낙차(수면에서의 연직거리)에서 관의 경사, 유량에 따른 마찰손실수두를 뺀 값이므로 연직거리·관의 경사·유량은 모두 유속에 영향을 준다.
수압관 분사 유속은 v=√(2gH)이고 H는 유효낙차로 결정되며, 관의 길이는 직접 변수가 아니다.
수력발전소의 취수 방법에 따른 분류로 틀린 것은?
정답 ③ · 수력발전소의 취수(물을 끌어오는) 방식에는 댐식, 수로식, 댐수로식, 유역변경식이 있습니다. 역조정지식은 취수방식이 아니라 조정지식 발전소의 하류에 설치하여 방류량 변동을 재조정하는 저수지 운용 방식이므로 취수 방법 분류에 해당하지 않습니다.
수력 취수방식은 댐식·수로식·댐수로식·유역변경식뿐이고, 역조정지식은 하류 방류 재조정용 별개 개념이다.
유역면적 80km², 유효낙차 30m, 연간 강우량 1500mm의 수력발전소에서 그 강우량의 70%만 이용하면 연간 발전 전력량은 몇 kwh인가?(단, 종합효율은 80%이다.)
정답 ③ · 연간 이용 수량 이며, 초당 유량 입니다. 발전출력 이고, 연간 발전전력량 가 됩니다.
수력 연간발전량은 9.8×(연간 이용수량÷31.5×10⁶초)×H×η[kW]에 8760h를 곱해 구한다.
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