개념 한 쪽
수소에너지는 전력공학의 발·변전 일반, 신재생에너지발전 세부항목에 놓인다. 이 재료에는 수소에너지 자체의 세부 공정 수치가 없고, 풍력·수력·원자로·가스터빈·변압기 같은 발전설비 원리를 묻는 문항이 함께 실린다. 따라서 이 카드는 재료에서 확인되는 설비 원리와 계산만 다룬다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「수소에너지」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 펠턴수차 분사속도 계산 | 1 | 유효낙차를 이용한 노즐 분사속도 산출 |
| 원자로 감속재 구분 | 1 | 감속재와 제어봉 재료의 역할 차이 |
| 수력발전 서보 모터 작용 | 1 | 조속기 유압과 안내날개 개폐의 연결 |
이 개념은 전력공학의 발·변전 일반, 신재생에너지발전 세부항목에 놓인다. 재료에는 수소에너지 자체의 세부 공정 수치가 없고, 신재생에너지발전과 발전설비 원리를 묻는 문항이 함께 실린다. 따라서 이 카드는 재료에서 확인되는 원리와 계산만 서술한다.
풍력발전은 바람의 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 방식으로 설명된다. 입지 선정에서는 풍향과 풍속이 핵심 조건이 되고, 연평균 풍속이 일정 수준 이상 확보되는 해안·산간·평야가 경제성 있는 곳으로 제시된다. 풍향·풍속과 관계없이 설치가 가능하다는 절대 표현은 틀린 설명이 된다.
수력발전에서는 낙차가 분출속도를 좌우한다. 펠턴수차의 노즐 분사속도는 v=√(2gH)로 구하고, 유효낙차 500m이면 √(2×9.8×500)≈99m/s가 된다. 수압관 분출속도도 v=√(2gH)로 정해지며 관의 길이는 식에 직접 들어가지 않는다. 프란시스수차는 50~500m 중낙차에 쓰이고 러너·안내날개·스피드링·차실·흡출관으로 구성된다. 서보 모터는 조속기의 유압을 받아 안내날개를 개폐해 터빈으로 가는 물의 양을 조절한다.
원자로에서는 감속재와 제어봉 재료를 구분한다. 감속재는 경수·중수·흑연·베릴륨이고, 카드뮴은 중성자를 흡수하는 제어봉 재료가 된다. 가스터빈은 기동이 빠르고 조작이 간단해 첨두부하발전에 적합하며 냉각수 사용이 적지만, 무부하일 때도 연료 소비가 많고 부분부하 효율이 나쁘다. 증기의 엔탈피는 증기 1kg이 보유한 총열량으로 액체열과 증발잠열의 합이 되고, 엔트로피는 증발열을 절대온도로 나눈 값이 된다.
계기용변성기를 점검할 때는 1차측을 개방하고, 이상 과전압으로부터 계기와 점검자를 보호한다. 단상변압기 150kVA 3대를 Δ-Δ결선으로 쓰다가 1대가 고장 나 V-V결선으로 전환하면 √3/2의 이용률이 적용되어 150×2×0.866≈260kVA까지 사용할 수 있다.
펠턴수차의 분사속도는 v=√(2gH)에 유효낙차를 대입해 구한다. 유효낙차 500m이면 √(2×9.8×500)=√9800≈99m/s가 된다. 이때 2를 빠뜨린 √(gH) 계산은 약 71m/s가 되어 대표적인 함정이 된다. 수압관 분출속도에서도 낙차만 식에 들어가므로 관의 길이를 직접 관련 인자로 고르면 틀린다. V-V결선은 Δ-Δ 전체 용량인 450kVA를 그대로 쓰는 것으로 착각하지 않고 √3/2를 적용해 약 260kVA로 계산한다.
유효낙차 500m인 펠턴수차의 노즐에서 분사되는 유수의 속도는 약 몇 [m/s]인가?
정답 ④ · 펠턴 수차와 같은 충동 수차에서 노즐을 통해 분사되는 유수의 속도 는 베르누이 방정식에 의해 로 구해집니다. 여기서 는 유출 계수로 보통 0.97~0.99 정도이나, 계산의 편의상 1로 가정하고 근사값을 구하는 경우가 많습니다.
펠턴수차 분사속도는 v = √(2gH)이므로 √(2×9.8×500) = √9800 ≈ 99m/s이다.
원자로의 감속재로 사용되는 것이 아닌 것은?
정답 ④ · 문제는 원자로의 감속재로 사용되지 않는 물질을 고르는 것이다. 감속재는 빠른 중성자를 열중성자로 늦추되 중성자를 많이 흡수하지 않는 물질이므로 물(경수), 중수, 흑연 등이 대표적인 감속재이다.
감속재는 경수·중수·흑연·베릴륨이고, 카드뮴은 중성자를 흡수하는 제어봉 재료다.
수력발전소에서 서보 모터(servo-motor)의 작용으로 옳게 설명한 것은?
정답 ② · 문제는 수력발전소에서 서보 모터의 기능을 묻고 있다. 서보 모터는 조속기의 명령에 따라 안내날개(가이드 베인)를 열고 닫아 터빈으로 유입되는 물의 양을 조절하는 장치로 작동한다.
수력발전 서보 모터는 조속기의 유압을 받아 안내날개를 개폐해 물의 양을 조절하는 장치이다.
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