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동기발전기의 병렬운전

Parallel Operation of Synchronous Generators

왜 병렬운전을 하는가
🏭 발전소의 팀워크
하나의 거대한 발전기보다 여러 대를 병렬로 연결하는 것이 유리하다.
①이유 1: 부하 변동에 유연하게 대응 (수요 적으면 일부 정지)
②이유 2: 정비할 때 다른 기계로 부하를 넘길 수 있음
③이유 3: 단일기 용량 한계를 넘는 대용량 전력 공급 가능
병렬운전 조건과 전력 분담
50
50

동기발전기 2대 병렬운전 — 동기화 애니메이션과 P/Q 분담 바 차트

🔍 슬라이더로 조절해보자
조속기를 올리면: G2가 더 많은 유효전력(P)을 분담
①여자전류를 올리면: G2가 더 많은 무효전력(Q)을 분담
②두 값이 50/50 근처이면: 동기 투입 가능 상태 (초록 표시)
병렬투입 5조건
① 기전력 크기 일치
E₁ = E₂
여자전류로 조정. 불일치 → 무효횡류
② 위상 일치
δ = 0
동기검정기로 확인. 불일치 → 동기화전류
③ 주파수 일치
f₁ = f₂
조속기로 조정. 불일치 → 난조
④ 파형 일치
정현파
불일치 → 고조파 순환전류
⑤ 상회전 방향 일치
R-S-T 순서 동일
불일치 시 선간 2배 전압 인가로 큰 사고 발생
⚡ 불일치 시 영향
①크기 불일치: 무효횡류(무효순환전류) 발생 → 과열
②위상 불일치: 동기화전류(유효순환전류) 발생 → 기계 충격
③위상이 정확히 반대(180°)이면 최악 — 극히 큰 충격 전류!
④동기검정기(synchroscope)로 '바늘이 12시 방향에서 서서히 접근'할 때 투입
유·무효전력 분담
유효전력 P
P → 조속기(Governor)로 조절
원동기의 기계적 입력 변경 → 부하각(δ) 변화 → P 변화
무효전력 Q
Q → 여자전류(If)로 조절
계자전류 변경 → E 크기 변화 → Q 변화
💡 핵심 원리
P = (EV/Xs) sinδ에서:
①조속기↑ → δ↑ → sinδ↑ → P↑ (유효전력 증가)
②여자전류↑ → E↑ → E > V이면 지상 Q 공급 (무효전력 공급)
③여자전류↓ → E↓ → E < V이면 진상 Q 흡수
시험 정리
병렬조건
5가지
크기·위상·주파수·파형·상회전
P → 조속기
유효전력
부하각 δ 조절
Q → 여자전류
무효전력
E 크기 조절
동기검정기
투입 시점 판단
12시에서 접근 시 투입
📝 시험 포인트
①병렬투입 5조건: 기전력 크기, 위상, 주파수, 파형, 상회전방향 — 순서대로 암기!
②유효전력(P)은 조속기, 무효전력(Q)은 여자전류 — 핵심 포인트!
③기전력 크기 불일치 → 무효횡류 (기계 과열)
④위상 불일치 → 동기화전류 (기계 충격)
⑤무효횡류: E₁ > E₂이면 G1→G2로 지상전류 순환
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 동기발전기 병렬운전 시 유효전력을 조절하는 방법은? (답: 조속기로 원동기 입력 조절)
②[기출유형] 기전력 크기가 다른 2대를 병렬운전하면? (답: 무효횡류(무효순환전류) 발생)
③[기출유형] 동기발전기 병렬투입 조건이 아닌 것은? (답: 전기자 저항 일치 — 조건이 아님)