개념 한 쪽
석탄을 연료로 쓰는 발전에서는 발열량과 효율로 전력량을 환산한다. 설비 손실과 결선 방식, 회전기 극수도 출력과 용량을 판단하는 기준이 된다.
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출제기준 단원 「석탄가스화·액화」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 변압기 손실 판정 | 1 | 1차 전압 일정과 부하 증가에 따른 동손·철손 변화를 가리기 |
| 터빈발전기 극수 | 1 | 증기터빈 직결 고속 발전기의 표준 극수를 가리기 |
| V-V결선 용량 계산 | 1 | 증설 후 2뱅크 V-V결선에서 응할 수 있는 최대 부하 용량을 계산하기 |
석탄 1kg의 발열량이 5000kcal이고 발전소 효율이 40%이면 실제 전기가 되는 열량은 5000×0.4=2000kcal이다. 1kWh가 860kcal이므로 2000÷860≈2.3kWh가 된다. 효율을 곱하지 않고 5000÷860만 계산하면 약 5.8kWh가 나오므로 효율 적용을 빠뜨리지 않는다.
열소비율은 전기 1kWh를 만드는 데 필요한 열량이다. 보일러 손실이 20%이면 보일러 효율은 80%이고, 터빈 출력이 입력의 50%이면 터빈 효율은 50%이다. 총효율은 0.8×0.5=0.4이므로 열소비율은 860÷0.4=2150kcal/kWh가 된다.
열효율은 투입한 연료의 열 중 전기로 바뀐 비율이다. 발열량 5500kcal/kg의 석탄 12ton을 쓰고 25000kWh를 발생하면 연료 총열량은 12000×5500=66000000kcal이고, 전력의 열량은 25000×860=21500000kcal이다. 열효율은 21500000÷66000000×100≈32.6%가 된다.
변압기 손실은 철손과 동손으로 나뉜다. 1차 전압이 일정하면 철손은 일정하고, 2차 부하가 증가하면 전류가 커져 동손은 증가한다. 터빈발전기는 증기터빈과 직결하는 고속기이므로 보통 2극 또는 4극을 쓰고, 회전수는 N=120f/P로 구한다.
△-△결선 변압기 3대를 V-V결선으로 운전하면 3상 출력은 √3×V×I가 된다. 변압기 1대 정격이 500kVA이면 한 뱅크 용량은 500√3kVA이고, 2뱅크로 운전하면 1000√3kVA가 된다. V-V결선은 2대 용량의 단순 합이 아니라 √3 계수를 적용한다.
석탄 1kg의 발열량 5000kcal와 효율 40%를 이용해 전력량을 구할 때는 5000×0.4÷860≈2.3kWh로 계산한다. 효율을 빼고 5000÷860≈5.8kWh로 계산하면 함정에 걸린다.
보일러 손실 20%와 터빈 효율 50%가 주어지면 총효율 0.8×0.5=0.4를 먼저 구하고, 열소비율 860÷0.4=2150kcal/kWh를 계산한다. 석탄 12ton과 25000kWh가 주어지면 12000×5500과 25000×860을 각각 구해 열효율 32.6%를 낸다.
변압기 문제에서는 1차 전압 일정 시 철손 일정, 부하 증가 시 동손 증가를 가른다. 터빈발전기는 2극 또는 4극의 고속기로 구분하고, V-V결선 2뱅크는 500√3×2=1000√3kVA로 계산한다.
주상변압기의 1차측 전압이 일정할 경우, 2차측 부하가 증가하면 주상변압기의 동손과 철손은 어떻게 되는가?
정답 ③ · 문제는 주상변압기에서 1차 전압을 일정하게 유지할 때 부하 증가에 따른 동손과 철손의 변화를 묻고 있다. 철손은 자속과 1차 전압에 주로 의존하므로 전압이 일정하면 변하지 않고 일정하게 남는다.
동손은 부하전류의 제곱에 비례해 증가, 철손은 전압 일정 시 일정하다.
터빈발전기의 극수는 보통 몇 극인가?
정답 ① · 문제는 터빈발전기의 일반적인 극수 범위를 묻고 있다. 증기터빈과 직결되는 원통형 고속 발전기인 터빈발전기는 회전수가 높으므로 극수가 적은 2극 또는 4극이 표준이다.
터빈발전기는 증기터빈과 직결하는 고속 원통형이므로 극수는 적은 2 또는 4극이 표준이다.
500 kVA 변압기 3대를 △-△결선 운전하는 변전소에서 부하의 증가로 500 kVA 변압기 1대를 증설하여 2뱅크로 하였다. 최대 몇 kVA의 부하에 응할 수 있는가?
정답 ② · 문제는 △-△ 결선으로 운전하던 500 kVA 변압기 3대에 1대를 추가해 2뱅크로 운전할 때 대응 가능한 최대 kVA를 묻고 있다. V-V 결선에서 한 뱅크의 3상 용량은 단위 정격의 √3배가 되므로 한 뱅크는 500√3 kVA이다.
V-V결선 한 뱅크 용량은 '단위정격×√3'이므로 500√3 kVA, 2뱅크면 2배인 1000√3 kVA다.
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