터 빈 구 조 발 전 기 2007. 2. 4. 구미발전사업본부 발전팀 최 동 식 터 빈.

Presentation on theme: "터 빈 구 조 발 전 기 2007. 2. 4. 구미발전사업본부 발전팀 최 동 식 터 빈."— Presentation transcript:

1 터 빈 구 조 발 전 기 구미발전사업본부 발전팀 최 동 식 터 빈

2 목 차 1 발전기 원리 2 단상. 3상 교류 파형 3 동 기 속 도 4 발전기 출력 5 부 하 각 6 전기자 반작용 7
목 차 1 발전기 원리 2 단상. 3상 교류 파형 3 동 기 속 도 4 발전기 출력 5 부 하 각 6 전기자 반작용 7 누설 리액턴스 8 동기 리액턴스 9 단 락 비 10 동기 발전기 분류

3 발전기 원리 발전기 원리 전자유도 법칙 磁界의 변화에 의해 도체에 起電力 발생 플레밍의 오른손 법칙
터 빈 구 조 발전기 원리 발전기 원리 전자유도 법칙 磁界의 변화에 의해 도체에 起電力 발생 플레밍의 오른손 법칙 기전력 크기와 방향은 자속 및 운동 방향으로 결정 엄지 : 도체의 운동방향, 검지 : 자속의 방향, 중지 : 유기기전력 방향 가. 발전기 원리 (1) 기전력 발생 도체와 자속(자석에서 나옴)이 상대 운동을 하여 도체가 자속을 끊으면 도체에는 플레밍 오른손 법칙에 따르는 방향으로 기전력(EMF ; Electromotive Force)이 발생된다. 상대운동 대상에 따라 회전 전기자형(Revolving Armature Type)과 회전 계자형(Revolving Field Type)으로 분류 한다. 대형 발전기 및 우리회사의 발전기는 회전계자형으로 되어 있다. 터 빈

4 1회전시 마다 1[Hz] 정현파 교류가 도체 양단에 발생
터 빈 구 조 단상 교류 파형 단상교류 발전기 N, S극(2극) 사이에 길이ℓ[m], 반지름 r[m]인 사각 도체를 자속밀도 B[T]인 평등자장 속에서 속도 υ[m/sec]로 회전시킬 때 1회전시 마다 1[Hz] 정현파 교류가 도체 양단에 발생 가. 발전기 원리 (1) 기전력 발생 도체와 자속(자석에서 나옴)이 상대 운동을 하여 도체가 자속을 끊으면 도체에는 플레밍 오른손 법칙에 따르는 방향으로 기전력(EMF ; Electromotive Force)이 발생된다. 상대운동 대상에 따라 회전 전기자형(Revolving Armature Type)과 회전 계자형(Revolving Field Type)으로 분류 한다. 대형 발전기 및 우리회사의 발전기는 회전계자형으로 되어 있다. 터 빈

5 3상 교류발전기 3상 기전력 크기 3상 교류 파형 자극 N, S 사이에 3개의 권선을 120° 간격으로 배치
터 빈 구 조 3상 교류 파형 3상 교류발전기 자극 N, S 사이에 3개의 권선을 120° 간격으로 배치 크기와 파형이 같고, 위상 차 120° 유기기전력이 발생 권선 끝점을 묶어 중성점을 만들고 시작점 외부 인출 3상 기전력 크기 1상의 전기자 권선에 유기 되는 기전력 E = 4.44 kω×f ×N × Φ[V] E : 1상의 유기기전력 kω: 권선계수(분포계수×단절계수 ≒ 0.95) f : 주파수 N : 1상의 직렬권수 Φ : 자속수 발전기 유기기전력은 자속 Φ에 비례 계자전류를 변화시켜 발전기 유기기전력(단자전압) 조정 (4) 3상 교류 파형 자극 N, S 사이에 3개의 권선을 각각 120°간격으로 배치하여 회전시키면 도체에는 크기와 파형은 같고, 각각의 위상 차가 120°되는 3개의 유기기전력 파형이 발생된다. 3개의 권선에서 끝점을 한데 묶어 중성점을 만들고 시작점 3개를 외부로 인출한 것이 3상 발전기이다. 터 빈

6 2극 발전기 4극 발전기 극수가 P극인 발전기 동기 속도 전기자 도체를 1회전시키면 주파수 1[Hz]인 기전력 발생
터 빈 구 조 동기 속도 2극 발전기 전기자 도체를 1회전시키면 주파수 1[Hz]인 기전력 발생 공간 각 2π 4극 발전기 전기자 도체를 1회전시키면 2[Hz](공간 각 : 4π) 발생 극수가 P극인 발전기 전기자 도체를 N[rpm] 회전시 발생되는 주파수 f = P/2 × N/60 [Hz] ※ P극 발전기는 1회전에 P/2[Hz]의 주파수 발생 동기속도 N = 120f/P [rpm] 주파수 f 와 극수 P에 의해 정해지는 속도 동기 발전기는 회전자가 동기속도로 회전 with a 60-cycle system, the change from the positive to negative takes place 60 times a second. thus, the current flowing in the circuit reverses 120 times a second. this change is so rapid so that it cannot be detected by a voltmeter, so these instruments measure effective voltage and current. 터 빈

7 3상 교류발전기 동기 속도 자극 N, S 사이에 3개의 권선을 120° 간격으로 배치
터 빈 구 조 동기 속도 3상 교류발전기 자극 N, S 사이에 3개의 권선을 120° 간격으로 배치 크기와 파형이 같고, 위상 차 120° 유기 기전력이 발생 권선 끝점을 묶어 중성점을 만들고 시작점 외부 인출 3상교류는 120 ° 씩의 상차를 갖고 있는 단상교류3개를 조합시킨것 이다. 이 3개의 교류전압 또는 전류의 크기가 같은 경우를 평형3상 교류라 한다. 터 빈

8 터 빈 구 조 3상 교류 발전기 중성점 : B. D, F 인 출 : A, C, E 터 빈

9 유기기전력 E = 4.44 kω×f ×N × Φ[V] 발전기 유기기전력은 자속 Φ에 비례 동기 속도 E : 1상의 유기기전력
터 빈 구 조 동기 속도 유기기전력 E = 4.44 kω×f ×N × Φ[V] E : 1상의 유기기전력 kω: 권선계수(분포계수×단절계수 ≒ 0.95) f : 주파수 N : 1상의 직렬권수 Φ : 자속수 발전기 유기기전력은 자속 Φ에 비례 계자전류를 변화시켜 발전기 유기기전력(단자전압) 조정 분포권 계수 : 집중권에 비해 합성 기전력이 상당히 감소하는 비율 단절권 계수 : 전절권에 비해 합성 기전력이 상당히 감소하는 비율 터 빈

10 발전기 출력 각 상의 출력 발전기 출력 터 빈 구 조 부하가 늘면 부하각 σ 가 증가해서 부하의 크기에 대응하는데
σ 가 90° 에서 최대가 되고 이것을 넘으면 출력은 감소 하므로 운전할수 없게 된다. 이것을 동기탈조라 한다. 변압기2차측 기준에서 P=VICOSθ 에서 V를 상승시켜면 I는 감소하므로 출력은 일정 P=VICOSθ 발전기 정격전압 V를 증가시키면 출력 P는 증가(예 : 고정자 권선을 더 많이 감으면 e=blv에서 V는 증가) 터 빈

11 부하각(POWER ANGLE) 부하각(POWER ANGLE 유기기전력과 단자전압 사이의 위상차 δ
터 빈 구 조 부하각(POWER ANGLE 부하각(POWER ANGLE) 유기기전력과 단자전압 사이의 위상차 δ 자극축(Pole Axis)과 자계축(Field Axis) 사이 각도 무부하시는 자극 축과 자계 축이 일치(부하각 0°) 발전기가 계통병입 된 후 터빈에 공급되는 증기량을 증가 시키면 부하각이 증대되어 발전기 출력 증가 원통형은 이론적 최대출력은 δ가 90°에서 발생 일반적으로 부하각은 40 ~ 50°정도에서 운전 터 빈

12 터 빈 구 조 회전자계 터 빈

13 터 빈 구 조 부하각(POWER ANGLE 부하각(POWER ANGLE) 터 빈

14 전기자 반작용 전기자 반작용 무부하인 경우의 자속 은 계자 기자력에 의해 만들어짐
터 빈 구 조 전기자 반작용 전기자 반작용 무부하인 경우의 자속 은 계자 기자력에 의해 만들어짐 부하를 걸어 전기자 에 전류가 흐르면 기자력이 계자 기자력에 겹쳐 작용 전기자 전류에 의한 자속 중 공극을 지나 주자극에 들어가 계자 자속에 영향을 미치는 것 부하의 역률에 따라 그 작용이 다름 동기발전기에서 무부하인 경우의 자속은 계자기자력에 의해 만들어지고 발생 기전력도 이 계자기자력에 의해 정해지게 된다. 그러나 부하를 걸어 전기자에 전류가 흐르면 기자력이 계자기자력에 겹쳐 작용하게 되므로 자속분포는 무부하인 경우와는 다르게 된다. 즉 전기자 전류에 의한 자속 중에서 공극을 지나 주자극에 들어가 계자자속에 영향을 미치는 것을 전기자 반작용이라 하며, 이 반작용은 부하의 역률에 따라서 그 작용이 다르게 된다. 터 빈

15 유기기전력과 부하 전류가 동상(역률1) 경우 전기자 반작용 역율 100%의 부하전류가 흐르면 기전력과 전류가 동상이므로
터 빈 구 조 전기자 반작용 유기기전력과 부하 전류가 동상(역률1) 경우 역율 100%의 부하전류가 흐르면 기전력과 전류가 동상이므로 기전력이 최대인 순간에 전류도 최대가 됨 유기 기전력과 동상인 전류가 최대치가 되는 것은 각 극의 한가운데를 지나는 순간 자극의 윗부분 좌측에는 자속이 증가되고 우측에는 감소되는 편자작용 자극과 자극의 중간 즉, 횡축 방향에 작용함 터 빈

16 전류가 기전력보다 90°뒤진 경우 전기자 반작용 순 유도성 부하인 경우, 감자작용(직축 반작용)
터 빈 구 조 전기자 반작용 전류가 기전력보다 90°뒤진 경우 순 유도성 부하인 경우, 감자작용(직축 반작용) 전기자 전류에 의한 기자력은 주 계자기자력과 직축 일치 반대방향으로 작용하여 주 자속 감자작용(減磁作用) 중부하 시간대에는 상대적으로 유도성 부하가 많음 발전기 전압이 강하되지 않도록 계자전류 공급 위 그림은 90 ° 의 늦은 전류가 흐를 경우를 나타낸다. 터 빈

17 전기자 전류가 유기기전력 보다 90°앞서는 경우 전기자 반작용 순 용량성 부하인 경우, 증자작용(직축 반작용)
터 빈 구 조 전기자 반작용 전기자 전류가 유기기전력 보다 90°앞서는 경우 순 용량성 부하인 경우, 증자작용(직축 반작용) 전기자 전류에 의한 기자력은 계자 기자력과 직축 일치 주 자속을 증가시키기 때문에 증자작용 경부하 시간대는 송전선로 정전용량으로 계통이 진상 발전기 전압이 상승되지 않도록 계자전류 감소 터 빈

18 전기자 누설자속 전기자 누설리액턴스 누설 리액턴스 전기자 권선과는 쇄교하나 계자와는 쇄교하지 않는 자속
터 빈 구 조 누설 리액턴스 전기자 누설자속 전기자 권선과는 쇄교하나 계자와는 쇄교하지 않는 자속 쇄교하여도 전기자 유기기전력의 기본파에 영향을 주지 않는 자속 전기자 누설리액턴스 누설자속에 의한 리액턴스를 일괄해서 전기자 누설리액턴스라 함 종 류 슬롯 누설리액턴스 공극 누설리액턴스 권선단부 누설리액턴스 전기자 전류에 의해 생기는 자속중 자기 코일과 쇄교해서 자기 인덕턴스의 작용을 하는 누설자속은 전기자 슬롯 부근에 생긴다. 이것을 슬롯 누설 자속이라 한다. 터 빈

19 동기 리액턴스 와 동기 임피던스 동기 리액턴스 동기 리액턴스 = 전기자반작용 리액턴스＋전기자누설 리액턴스
터 빈 구 조 동기 리액턴스 동기 리액턴스 와 동기 임피던스 동기 리액턴스 = 전기자반작용 리액턴스＋전기자누설 리액턴스 동기 임피던스 = 전기자 저항 ＋ 동기리액턴스 (동기리액턴스 ≥ 전기자 저항) => Zs ≒ Xs 1) 전기자 반작용에 의한 감자 및 증자 작용에 따르는 전압의 변화를 마치 리액턴스 Xa에 의한 전압강하 Vx[V]와 같이 생각 2) 이때 Xa를 말함 Vx = jXaI, V = E – Vx 터 빈

20 단락전류 Is’ 가 정격 전류 In[A]의 몇배가 되는가를 표시 1/ % Zs 로 표시
터 빈 구 조 단 락 비 단락비 기계의 크기를 나타내는 표준 단락시의 특성, 기계의 크기, 중량, 손실, 안정도 파악 단락전류 Is’ 가 정격 전류 In[A]의 몇배가 되는가를 표시 1/ % Zs 로 표시 % 동기임피던스 : 정격전류가 흐를 때의 임피던스 강하와 정격전압의 비 1) 무부하포화곡선 : 무부하시의 유기기전력과 계자전류와의 관계 곡선 2) 전압이 낮은 부분에서는 유기 기전력이 계자전류와 정비례하여 증가하지만 전압이 높아짐에 따라 3) 철심의 포화현상으로 자기저항이 증가하므로 일정한 전압을 얻기 위해서는 보다 큰 계자 전류를 필요로 함 터 빈

21 보호계전기가 고속화되고 여자속응도가 좋아져 안정도가 향상되기 때문에 단락비를 작게 하는 추세임
터 빈 구 조 단 락 비 단락비가 큰 기계의 특징 동기 임피던스가 작다 (전기자 반작용의 영향이 적다 ) 과부하 내량이 크고 안정도 높다 단락전류가 크다( 차단기 용량 증가) 기계가 크게되어 가격높다. 철손, 기계손 증가(효율저하) 단락비가 적은 기계의 특성 동기 임피던스가 크고 전기자 반작용이 큼 공극의 길이가 짧고 계자 기자력이 작다 철이 비교적 적고 동을 많이 사용한 동기계 중량이 가볍고 기계의 치수가 작게되어 가격이 쌈 철손 기계손이 감소되어 효율이 좋다 단락시 단락전류가 적음 안정도 및 전압 변동율 나쁨 보호계전기가 고속화되고 여자속응도가 좋아져 안정도가 향상되기 때문에 단락비를 작게 하는 추세임 단락비는 동기임피던스의 역수이기 때문에 단락비기 큰 기계는 동기임피던스와 전기자 반작용이 적다 공극의 길이가 길고 계자 기자력이 큼을 의미 계자기자력이 크게 되면 계자 권수가 많게 되고 회전자 지름이 커져서 형체가 커지고 값이 비싸게 된다. 동기임피던스가 작으니까 전압변동율이 좋고 자기여자작용도 적다. 출력은 동기임피던스에 반비례하므로 일정한 여자에 대해 출력이 증가하고 안정도가 증가한다. 수력기는 0.9 ~ 1.2, 화력기는 0.5 ~ 0.8 정도이다. 터 빈

22 단상기(Single Phase Winding) 1쌍의 자극에 대해 1개의 코일군
터 빈 구 조 동기 발전기 분류 상수에 의한 분류 단상기(Single Phase Winding) 1쌍의 자극에 대해 1개의 코일군 다상기(Poly Phase Winding) 전기자 권선이 다상으로 구성 3상 발전기 1쌍의 자극에 3개 권선군 120°간격배치 고정자 권선은 Y 결선 또는 △ 결선 1) 전기자 반작용에 의한 감자 및 증자 작용에 따르는 전압의 변화를 마치 리액턴스 Xa에 의한 전압강하 Vx[V]와 같이 생각 2) 이때 Xa를 말함 Vx = jXaI, V = E – Vx 터 빈

23 Y 결선의 장점 중섬점 접지 가능 높은 선간전압을 얻을수 있다 같은 단자전압이면 상절연이 용이 동기 발전기 분류 터 빈 구 조

24 회전자에 의한 분류 회전전기자형 계자권선이 고정, 전기자권선이 회전 소용량 저전압 발전기 동기 발전기 분류 터 빈 구 조
Silp rings : copper or steel로 만들어짐 전류가 축을 따라 흐르는 것 을 방지하기 위해 축과 절연 브러시는 carbon으로 만들어짐 터 빈

25 회전계자형 전기자 권선이 고정, 계자권선이 회전 전기자 권선의 절연이 용이 전기자 권선이 고정 ☞ 전력을 슬립링 없이 인출
터 빈 구 조 동기 발전기 분류 회전계자형 전기자 권선이 고정, 계자권선이 회전 전기자 권선의 절연이 용이 전기자 권선이 고정 ☞ 전력을 슬립링 없이 인출 터 빈

26 냉각방식에 의한 분류 공기 냉각형 소형기, 중형기, 대형 저속기 사용 수소 냉각형 대형 고속기 사용 수 냉각형
터 빈 구 조 동기 발전기 분류 냉각방식에 의한 분류 공기 냉각형 소형기, 중형기, 대형 저속기 사용 수소 냉각형 대형 고속기 사용 수 냉각형 터 빈

27 계자권선 형태에 따른 분류 돌극형 저속기, 수력 및 양수발전용 원통형 고속기, 화력 발전용 동기 발전기 분류 터 빈 구 조

28 터 빈 구 조 동기 발전기 분류 터 빈

29 터 빈 구 조 동기 발전기 분류 터 빈

30 터 빈 구 조 감 사 합 니 다 터 빈