개념 한 쪽
병렬운전의 활용 세트는 병렬투입 조건, 무효횡류의 원인, 여자전류 조절 결과와 수수전력 계산을 묻는다.
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출제기준 단원 「병렬운전의 활용 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 크기 차 전류 종류 고르기 | 1 | 무효횡류가 흐르는 경우를 고른다 |
| 병렬 일치 조건 이탈 | 1 | 같지 않아도 되는 항목을 고른다 |
| 여자 증가 시 초래 전류 | 1 | 여자전류 증가로 늘어나는 전류를 고른다 |
병렬운전의 조건은 네 가지로 좁힌다 — 기전력의 크기·위상·주파수·파형(3상은 상회전 방향 포함)이 같아야 한다. 이 목록에 없는 것이 답으로 나오는 데, 정격 용량은 달라도 부하를 용량 비율대로 나눠 부담하므로 조건이 아니고, 극성도 각 발전기 고유의 결선 특성일 뿐 병렬투입 조건에 들지 않는다 — '크·위·주·파' 네 글자 외의 항목을 골라내는 유형이 단골이다.
조건이 어긋나면 종류별 횡류가 흐른다 — 두 기전력의 크기만 다르면 그 차가 만드는 전압에 의해 기전력과 90° 어긋난 무효횡류(무효순환전류)가 돌고, 위상이 다르면 유효전력을 주고받는 유효횡류(동기화전류)가 흐른다. 주파수가 다르면 서로 끌어당기는 난조가 일어나고 파형이 다르면 고조파 순환전류가 생긴다 — '크기=무효, 위상=유효, 주파수=난조, 파형=고조파' 네 짝으로 통째로 외운다.
운전 중 제어도 이 짝으로 읽는다 — 병렬운전 중 한 대의 여자전류를 늘리면 단자전압은 계통에 묶여 그대로이고 내부 기전력만 커져 그 차이만큼 무효전류가 늘어나며 역률은 나빠진다. 유효출력은 원동기 입력이 정하므로 '여자=무효전력(역률), 원동기=유효전력(출력)' 두 축으로 나눠 생각한다.
나머지는 계산과 안정 장치다 — 주파수를 맞추려면 f=PN÷120을 쓰는데 6극 1200rpm은 60Hz이므로 함께 돌릴 8극은 N=120f÷P=900rpm이다(극수가 많으면 느리게 돈다). 두 기전력에 위상차 δ가 있으면 주고받는 수수전력 P=E²÷(2Xs)·sinδ가 흐르는데, 두 대의 동기 리액턴스가 직렬로 작용해 분모는 2Xs다(기전력 1000V·Xs 4Ω·δ=30°이면 10⁶÷8×0.5=62.5kW). 부하 변동 때 회전자가 흔들리는 난조는 회전자 표면의 농형 제동권선(댐퍼) 와전류가 잡아준다 — 제동권선의 설치 목적은 난조 방지 하나다.
① 수수전력 — 10⁶÷8×0.5=62.5kW(분모 2Xs). ② 병렬 회전수 — 6극 1200rpm=60Hz, 8극은 900rpm.
2대의 동기 발전기를 병렬 운전 할 때, 무효횡류(무효 순환전류)가 흐르는 경우는?
정답 ④ · 무효횡류(무효 순환전류)는 두 발전기의 기전력 **크기**가 다를 때 흐르는 전류로, 위상이 늦은(작은) 발전기는 진상전류를, 위상이 앞선(큰) 발전기는 지상전류를 흡수하며 순환합니다. 반면 기전력의 위상차가 있으면 유효 횡류(동기화전류)가 흐르고, 파형 차이는 고조파 무효순환전류를, 부하분담 차이는 유효전류 배분 문제입니다.
병렬 운전 시 기전력 크기 차이→무효횡류, 위상 차이→유효횡류(동기화전류)가 흐른다.
동기 발전기의 병렬운전에서 일치하지 않아도 되는 것은?
정답 ③ · 동기발전기의 병렬운전 조건은 ① 기전력의 크기가 같을 것, ② 위상이 같을 것, ③ 주파수가 같을 것, ④ 파형이 같을 것(상회전 방향 포함)이며, 극성(전압의 순시 극성)은 병렬운전 조건에 포함되지 않는다. 극성은 각 발전기 고유의 결선/구조 특성일 뿐 병렬운전 시 일치 여부를 조건으로 삼지 않는다.
동기발전기 병렬운전 조건은 크기·위상·주파수·파형이며, 극성은 조건이 아니다.
3상 동기발전기를 병렬 운전하는 도중 여자 전류를 증가시킨 발전기에서 일어나는 현상은?
정답 ① · 동기발전기 병렬운전 중 여자전류만 증가시키면 유기기전력이 커지지만 단자전압은 계통에 의해 고정되어 있으므로, 그 차이가 무효전류(지상 무효전류)로 흘러 무효전류가 증가한다. **오답소거**: 역률은 오히려 나빠지고(지상방향), 단자전압·유효출력(출력)은 변하지 않는다(원동기 출력이 그대로이므로).
병렬운전 중 여자전류↑ → 단자전압은 계통에 고정, 그 차만큼 무효전류가 증가한다.
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