전기공사산업기사 단락현상에 관한 사항 등 — 동기발전기 단락전류와 안정도

동기발전기의 정상 단락에서는 동기 리액턴스가 단락전류를 제한한다. 동기 리액턴스는 누설 리액턴스와 전기자 반작용 리액턴스를 합한 값이다. 돌발 단락이 일어나면 전류가 급변하므로 제동 권선과 계자 권선에 역기전력이 유도되고, 전기자 반작용 자속이 그 권선들을 통과하지 못한다. 그 결과 처음 순간에는 전기자 반작용이 작동하지 못하고 누설 리액턴스만이 전류를 제한한다. 권선 저항은 값이 작아 제한 역할이 미미하다.

자기여자 현상은 긴 송전선이나 케이블의 충전전류가 발전기로 들어와 발전기가 스스로 여자되어 전압이 이상 상승하는 현상이다. 방지법은 충전전류의 영향을 줄이거나 분산하는 방향으로 정리한다. 단락비를 크게 하면 같은 충전전류에도 전압 상승이 작아지고, 발전기를 여러 대 병렬로 운전하면 충전전류를 나누어 부담하며, 송전선 말단에 동기조상기를 두면 충전전류를 흡수한다. 충전전류를 증가시키는 조작은 자기여자를 더 심하게 만들므로 방지법이 될 수 없다.

단락비는 정격 전압을 발생시키는 계자 전류와 3상 단락으로 정격 전류를 흘리게 하는 계자 전류의 비이다. 수차발전기는 약 0.9~1.2로 크게 잡고, 터빈발전기는 약 0.5~1.0으로 작게 잡는다. 단락비가 크면 안정도와 과부하 능력이 좋아진다. 3상 단락전류는 계자전류에 비례하고, 동기임피던스는 같은 여자전류에서의 1상 유기기전력을 단락전류로 나누어 구한다. 동기 출력은 P=(EV/Xs)sinδ이므로 동기 임피던스가 작을수록 최대 출력 Pmax=EV/Xs가 커져 안정도가 높아진다. 관성 모멘트 증대, 단락비 증대, 속응 여자는 모두 동요 억제에 유효한 수단이다.

동기전동기의 V곡선은 출력을 고정하고 여자전류를 바꿀 때 전기자전류가 변하는 모양을 그린 그래프이다. 가로축은 여자전류, 세로축은 전기자전류이다. 여자가 약하면 뒤진 역률이 되고, 여자를 세게 하면 진상 역률이 된다. V곡선의 최저점은 전기자전류가 가장 작아지는 지점이며 역률 100%에 해당한다. 최저점에서 역률 0%라고 보는 설명은 틀린 설명이다.

단절권계수는 코일을 전 권폭보다 짧게 감았을 때 곱하는 계수이며 k=cos(β/2)로 구한다. β는 180°에서 실제 코일 전기각을 뺀 값이다. 슬롯각은 180°×극수÷슬롯수로 구하고, 실제 권폭은 두 코일 변이 들어간 슬롯 번호의 차이로 센다. 3상 6극 슬롯수 54의 경우 슬롯각은 20°이고, 제1슬롯과 제8슬롯에 코일 두 변이 들어가면 권폭은 7슬롯인 140°이다. 부족각 β는 40°이므로 단절권계수는 cos20°에 가까운 0.9397이 된다.