발전기의 구조와 기능 및 선정 기준

발전기 구조

(1) 발전기는 그림과 같이 주 발전기와 여자 발전기로 되어 있으며, 각 발전기는 고정자와 회전자로 구성되어 있다.

(2) 고정자는 고정자 하우징 안에 위치해 있고 회전자는 회전자 축으로 엔진 크랭크축의 플라이훨에 결합되어 있으며, 회전자 축에는 발전기의 냉각을 위한팬과 회전을 위한 베어링으로 구성되어 있다.

(3) 엔진은 전면에 냉각팬이 있고, 후면에 발전기 회전자 축과 직결 연결되는 플라이훨이 있으며, 발전기를 시동시키기 위한 시동전동기가 부착되어 있다.

발전기 기능

(1) 발전기는 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 장치로 엔진의 회전에 의해 크랭크 샤프트와 직결된 회전자의 회전으로 인한 자장과 도선의상대적인 운동으로 인하여 도선 내에 전류를 발생시켜 부하에 적합한 전류, 전압, 주파수를 공급할 수 있도록 되어 있다.

(2) 엔진의 회전에 의해 크랭크 축에 직결된 회전자에 있는 여자 발전기 전기자로부터 자장과 도선의 상대적인 운동으로 발생된 교류를 실리콘 정류기를 통해 직류로 변환된 전류가 주 발전기 계자에 공급되어 주 발전기에 자장을 만들어 주며, 상대적인 운동에 의해 주 발전기의 출력을 얻게 된다.

(3) 엔진의 시동방식이 시동 전동기에 의한 전기식이며 연료분사 방식은 직접 분사식으로 점화장치가 없고 연료 혼합기를 높은 압력으로 압축하여 압축온도가 550℃ 가량 될 때 연료를 분사 펌프에서 생성된 압력으로 분사노즐을 통해 분사시켜 자기착화시킨다.

(4) 전압조정은 자동전압조정기(AVR)를 통해서 동체 스스로 자동으로 조절합니다. 자동전압조정기(AVR)는 동체 고정자에서 출력을 센싱한 후 동체 상태를감지하여 전압을 자동으로 조절한다. AVR의 종류는 2가지로써 출력에 따라 적용된다.

(5) 정격역률, 지상 0.8 조건에서 전부하에서 무부하로, 무부하에서 전부하로 전압변동시 전압변동률은 정격전압의 ±2.5% 이내이다. 또한 급속 부하변동시전압변동률은 30% 이내로 2초 이내에 변동폭 ±69% 이내로 복귀가 된다.

(6) 전압 조정은 무부하, 정격속도에서 두 가지 방법에 의해서 할 수 있으며, 전압조정범위는 정격전압의 10% 이내이다. AVR이 있는 “VOLT” 가변저항을 이용하여 조정이 가능하며, 시계방향으로 돌리면 전압이 상승하고 반시계방향으로 돌리면 전압이 하강한다.

(7) AVR은 주 고정자의 전압을 감지하고 여자기 계자에 전류를 공급하는 제어시스템이다. 무부하에서 발전기 세트가 운전 중일 때, 정격전압을 사용할 수 있다. 부하가 투입된 경우, AVR에서는 부하투입으로 인한 전류강하 때문에 전압이 감소된다. 따라서 AVR은 부하에 맞게 여자기에 충분한 전류를 보내 출력 전압을 증가시키게 된다. 부하가 감소될 때 AVR은 전압상승을 인지하여 여자기 계자에 흐르는 전류를 그에 맞게 감소시켜 출력전압을 감소시킨다. 무부하상태에서 AVR은 동체 내부손실을 보정하기에 충분한 전류를 여자기에만 공급한다. 이런 AVR시스템은 보다 효율적으로 출력전압을 제어할 수 있다.

발전기 선정

1) 발전장치

(1) 자가발전설비용 구동장치는 일반적으로 디젤엔진, 가스엔진 또는 가스터빈이 사용된다. 이에 대해 선택시 제조자의 시방서를 참조한다.

(2) 자가발전설비용 발전기는 일반적으로 비상용일 경우 회전계자형 3상 동기발전기를 사용하고 상시계통연계의 상용기는 유도발전기를 채용할 수 있다.

(3) 발전장치 수량산정

가) 발전장치는 신뢰성, 유지 보수성, 경제성을 고려한 대수를 선정하되 상용일 경우는 1대 이상의 예비기를 설치한다.

나) 용량이 큰 경우, 신뢰성에 따른 예비성을 주는 경우, 장래 증설계획이 수립된 경우는 여러 대로 분할하여 병렬운전으로 한다.

다) 저압발전기를 건물 내 설치하는 경우는 공사방법, 설계 및 제작성을 고려하여 1대당 출력범위를 1,250~2,000[kVA] 이하로 하고 이것을 초과하는 경우 복수대수로 분할한다.