개념 한 쪽
변압기의 손실은 전압에 따르는 철손과 전류에 따르는 동손으로 나뉜다. 두 손실의 성질을 구분하면 부하율에 따른 손실과 효율을 계산할 수 있다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「변압기의 손실 및 효율」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 저수량 기반 발전 시간 계산 | 1 | 유효저수량·낙차·효율로 발전 지속 시간 산출 |
| 화력발전소 종합효율 | 1 | 연료 발열량과 출력으로 종합효율 계산 |
변압기의 손실은 무부하 손실인 철손과 부하 손실인 동손의 합으로 나타낸다. 철손은 1차 전압에 의해 생기므로 전압이 일정하면 부하와 관계없이 일정하다. 동손은 코일 저항에서 생기며 전류의 제곱에 비례하므로 부하가 커지면 증가한다.
부하율을 x라 하면 손실은 무부하 손실에 부하율의 제곱과 부하 손실을 곱한 값을 더해 구한다. 두 부하율에서의 손실이 주어지면 두 식을 연립해 무부하 손실과 부하 손실을 먼저 구한다. 이때 동손은 부하율의 제곱에 비례하므로 제곱을 빠뜨리면 값이 어긋난다.
Δ-Δ결선은 단상변압기 3대로 3상을 만드는 방식이다. 1대가 고장 나 남은 2대로 V-V결선을 만들면 두 대를 100% 활용하지 못하고 약 86.6%만 활용한다. V-V결선 한 뱅크의 용량은 단위 정격에 √3을 곱해 구하고, 뱅크 수를 곱하면 전체 용량이 된다.
계기용변성기는 특고압 회로의 전압과 전류를 계기가 측정할 수 있는 낮은 값으로 바꾸는 기기다. 이를 점검할 때는 1차측을 개방해야 하며, 그 이유는 이상 과전압으로부터 계기와 점검자를 보호하기 위해서다.
변압기 손실 문제는 철손과 동손의 의존성을 뒤바꾸는 선지가 함정이다. 1차 전압이 일정한데 철손이 감소한다고 하거나, 동손이 부하율에 단순 비례한다고 하면 틀리다. V-V결선 용량을 두 대 용량의 단순 합으로 계산하는 것도 대표적인 함정이다.
터빈입구의 엔탈피 815kal/kg, 복수의 엔탈피 270kal/kg, 유입증기량 300t/h일 때, 발전기 출력은 75000kW로 된다. 발전기 효율을 0.98로 한다면 터빈의 열효율은 약 몇 [%] 인가?
정답 ② · 터빈 입구와 복수 엔탈피, 증기량, 발전기 출력이 주어졌을 때 터빈 열효율을 구하는 문제이다. 먼저 터빈 출력은 발전기 출력을 발전기 효율로 나누어 75000/0.98 약 76531kW가 된다.
터빈출력은 발전기출력÷ηG, 열입력은 Δh×증기량÷860, 효율은 두 값의 비로 40.3%가 된다.
평균 발열량 5000kcal/kg의 석탄을 이용하여 종합효율 25%의 열효율을 내는 화력발전소가 있다. 이 발전소에서 10억kWH의 전력량을 발생시키려면 석탄의 양은 몇 톤이 필요하겠는가?
정답 ④ · 필요한 석탄의 양을 계산하기 위해서는 발생시킬 에너지와 연료의 발열량, 효율을 고려해야 합니다. 먼저 목표 전력량인 10억 kWh를 열량 단위로 변환합니다.
필요 연료량 = 발전량(kWh)×860 ÷ (발열량×효율), 1kWh = 860kcal 환산이 열쇠.
유효저수량 100000m³, 평균 유효낙차 100m, 발전기출력 5000kW 1대를 유효저수량에 의해서 운전할 때 약몇 시간 발전할 수 있는가? (단, 수차 및 발전기의 합성효율은 90%이다.)
정답 ④ · 수력 발전에서 가능한 발전 시간을 계산하는 문제입니다. 수차 및 발전기의 합성 효율을 90%라 했으므로, 수력의 위치 에너지가 전력으로 변환될 때 90%만 유효하게 사용됩니다.
수력 총발전량 W = 9.8×Q×H×η÷3600 [kWh], 발전 시간 = W ÷ 출력(kW).
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