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시간영역해석 - 과도영역(응답) - 안정

                      - 불안정

                      - 정상영역(응답) : 오차(편차), 감도

(1) 정상응답 (출력)

   ※ 정상응답 - 오차 (편차)

                      - 감도

 

  ⊙ 정상응답 : 제어계에 어떤 입력이 가해졌을 때 출력이 과도기가 지난 이후에 일정한 값에 도달한

                        응답, 응답은 출력을 말함

◎ 특성방정식 : 1 + G(s) · H(s) = 0

   개루프전달함수

    ※ 특성방정식은 1+개루프전달함수이므로, 개루프전달함수 만으로도 정상응답 특성을 파악할 수 있다.

① 형에 의한 분류

(2) 단위 피드백 제어계

  ※ 편차(오차) - 단위 피드백 제어계 → H(s) = 1

    ⊙ 편차(오차)는 어려워서 "H(s)=1"인 단위 피드백 제에계 중심으로 다룸 (최종식만 외움)

(3) 최종편차 ess

​   ⊙ 회로이론 최종값 정리

① 정상위치편차 ( R(s)=1/s r(t)= u(t))


 

④ 정 리

 
 

[정 리]

 

(4) 감도 (Sensitivity)

  ⊙ 계를 구성하는 한 요소의 특성변화가 계 전체 특성의 변화에 미치는 영향의 정도

 

 

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1. 시간영역 해석

​   ⊙ 시간영역해석 : 시간이 지남에 따라서 응답(출력)이 어떻게 변하는지 알아보는 것

① 과도 응답 : 어떤 제어계에서 어떤 입력이 가해졌을 때 출력이 일정한 값에 도달하기 전까지 과도적으로 나타나는 현상

② 정상영역 (정상응답)

  ※ 감도 : 어떤 요소에 의해서 응답(출력)이 변하는 정도

 

※ 라플라스 전환

  o 시간함수(t)는 해석은 쉽지만 계산이 어렵기 때문에 라플라스 변환하여 계산한 후

     다시 역 라플라스 변환을 하여 전체를 해석하게 된다.

라플라스함수는 계산은 쉽지만 해석이 불가능

반대로 시간함수는 해석은 쉽지만 계산이 어려움

가. 단위계단 응답(인디셜 응답)

  ⊙ 입력으로 단위 계단 입력 (u(t)=1/s)을 넣었을 때의 출력

     ⇒ R (t) = u (t) = 1 / s

    ※ 단위 계단 응답(인디셜 응답)이란 ? : 입력으로 [u(t) → 1/s]을 입력시 출력을 말함

 
 

나. 임펄스 응답

라플라스 입력 '1"을 입력

 
 

다. 경사응답(등속응답, 램프(Ramp)응답)

라. 2차 지연계(R-L-C 과도응답)에서 인디셜 응답

2. 제동비, 감쇠비 ζ

 

3. 특성방정식 - 2차 지연

※ 특성방정식 : 전체 전달함수의 분모가 "0"이 되는 방정식

① 특성방정식을 이용한 회로의 안정·불안정 해석

 

 
 

<1차 지연 제어계의 과도 응답>

⇒ 인디셜 응답

<2차 지연 제어계의 과도 응답>

⇒ 인디셜 응답

            ① ζ >1 : 
             ζ = 1 : 
             0<ζ<1 :  
 

<특성방정식의 근의 위치별 과도 응답>

(4) 영점과 극점 (제6강)

 

① 영점 (Zero)은 분자가 "0"이고 단락상태

   ⊙ Z(s) 임피던스는 분자가 "0"이 되는 "S"를 영점이라 하며 회로의 단락상태를 말한다

   ⊙ M(s)=0 ⇒ 분자 = 0 좌표상 표시 O

② 극점(Pole)은 분모가 "0"이 되는 개방상태

   ⊙ Z(s) 임피던스는 분모가 "0"이 되는 "S"를 극점이라 하며 회로의 개방상태를 말한다.

   ⊙ M(s) = ∞ ⇒ 분모 = 0 좌표상 표시 X

5. 과도 응답의 시간 특성 - 2차 지연요소의 인디셜 응답

  ※ 3장 전체중 시험에 제일 잘 나옴

 

오버슈트 : 응답중에 발생하는 입력과 출력 사이의 최대 편차량으로서 제어계의 안정도의 척도가 된다.

지연시간(Delay) : 시작부터 목표값의 50%에 이르는 데 걸리는 시간

상승시간(Rising) : 10%에서 90%에 도달하는데 걸리는 시간

세팅(정정)시간 : 정상값의 ±5%에 들어 오기까지 걸리는 시간

 

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1. 최대오버슈트(Maxium overshoot)

① 최대오버슈트

  ⊙ 최대 오버슈트는 제어량이 목표값을 초과하여 최대로 나타나는 최대편차량으로

       계단응답의 최종값의 백율율로 자주 사용된다

 

③ 최대 오버슈트는 제어계통의 상대적인 안정도를 측정하는데 자주 이용된다

    오버슈트가 큰 제동은 항상 바람직하지 못하다.

    설계시 최대 오버슈트는 시간영역 정격으로 흔히 주어진다.

2. 지연시간(Delay time)

  ⊙ 지연시간 td 는 계단응압이 최종값의 50[%]에 도달하는데 필요한 시간으로 정의한다.

3. 상승시간(Rise time)

  ⊙ 상승시간 tr 은 계단응답이 최종값의 10[%] ~ 90[%]에 도달하는데 필요한 시간

    ▶ 응답이 최종값의 50[%]인 순간 계단응답 기울기의 상승시간을 나타내기도 한다.

4. 임펄스응답

  ⊙ 입력이 임펄스 함수로 주어진 경우에 해당하는 출력함수를 임펄스 응답이라고 하며

      임펄스 응답의 라플라스 변환을 전달함수라 한다.

5. 단위계단응답

  ⊙ 입력이 단위계단함수로 주어진 경우에 해당하는 출력함수로 단위계단응답이라 한다

6. 2차 계통의 과도응답

  ⊙ 2차 계통의 전달함수 G(s)는

  ② 안정도와의 관계

    ▶ 0 < ζ < 1 : 부족제동, 감쇄진동, 안정

    ▶ ζ = 1 : 임계제동, 임계진동, 안정

    ▶ ζ > 1 : 과제동, 비진동, 안정

    ▶ ζ = 0 : 무제동, 진동, 임계 안정

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1. 유도전동기 회전원리

▣ 유도 전동기는 아라고 원판의 회전원리에 따라 회전한다.

    아라고 원판 위 아래로 자석을 두고 이 자석을 회전시키면 자석을 회전하는 방향으로

    아라고 원판이 함께 회전하게 된다.

 

위 그림과 같이 자석을 시계방향으로 회전하면 아라고 원판도 시계방향으로

힘을 받아 회전하는 원리로 유도전동기도 회전을 하게 된다.

 

유도 전동기가 회전하려면 자석이 발생하는 자속을 원판이 끊어 주어 스스로 전자유도 전류

를 발생시켜야 원판이 힘을 받아 회전을 할 수 있다. 전류가 흐르기 위해서는 전자유도법칙

에 의한 기전력이 발생되어야 한다. 이를 위해서는 유도기는 우선 페러데이의 전자유도 법

칙에 따라 발전기의 역할을 하여 기전력을 발생시키고 전류를 흐르게 해야 한다.

 ⊙ 계자에서 자속이 발생되어야 한다.

 ⊙ 도체를 이용하여 자속을 끊어 기전력을 발생시켜야 한다.

 

즉 자석이 발생시킨 자속을 아라고 원판이 끊어 주어 기전력을 발생시켜야 한다.

 

위 그림을 보면 자석을 시계방향으로 회전을 하면 아라고 원판 즉, 도체는 반시계방향으로

운동하는 효과가 나타난다. 즉, 자석의 자계가 위에서 아래로 발생하는데 원판이 자속을

끊어 주므로 아라고 원판에 플레밍의 오른손 법칙에 따라 원판 중심으로 유기기전력이

발생하게 된다.

 ⊙ 플레밍의 오른손 법칙 : 기전력(전류) 방향

   ① 엄지(F) : 도체의 운동방향

   ② 검지(B) : 자속밀도 방향

   ③ 중지(I) : 전류의 방향

플레밍의 오른손 법칙에 따라 전류가 원판의 중심으로 흐르는 것을 알았다.

전류는 원판중심 방향으로 흐르고 자속밀도 방향은 위에서 아래로 발생하므로

플레밍의 왼손 법칙에 따라 원판은 시계방향으로 힘을 받게 됨을 알 수 있다.

 ⊙ 플레밍의 왼손 법칙 : 도체에 작용하는 힘의 방향

   ① 엄지(F) : 도체에 작용하는 힘의 방향

   ② 검지(B) : 자속밀도 방향

   ③ 중지(I) : 전류의 방향

※ 유도기는 스스로 유기기전력(전류)를 발생시켜야 하는데 유기기전력을 발생시키기 위해

   서는 자속을 도체가 끊어 주어야 한다. 그런데 자속을 발생시키는 자석과 원판(도체)가

   같은 속도로 회전을 하면 자속을 끊어 주지 못하므로 전류를 발생시킬 수 없고 결국에는

   원판이 회전력을 발생시키지 못하게 된다. 따라서 유도전동기가 계속 회전하려면 자속

   의 회전속도보다 원판의 회전속도가 늦어야 한다.

※ 유도기는 원판이 스스로 유기기전력을 발생해야만 회전하게 된다.

유도전동기에서는 아라고 원판과 같이 자석을 회전시키지 않는다.

대신 3상 전류를 공급하여 회전하는 자계를 형성함으로서 자석이 회전하는 것과 같은

역할을 3상 전류가 하게 된다. 3상 전류를 인가해 주면 회전자속을 발생하게 되므로

자속을 돌리는 것과 같은 효과를 발생한다.

 

 
 

3상 교류 전력을 고정자에 공급을 하면 합성 자계가 시간의 흐름에 따라 회전하게 된다.

위 그림 1/4t에서는 a상은 나오는 방향이고 b,c상은 a상이 나오는 방향이므로 들어가는

방향이 된다. 그리고 a', b', c'는 각각 a, b,c상과 반대방향이 반대방향이 된다.

이를 연속하여 보면 아래 그림과 같이 회전자계가 합성되어 하나의 자극을 형성하게 되고

이 합성 회전자계가 회전하게 됨을 알 수 있다.

 

위 그림과 같이 3상 교류 전류는 합성 자속이 회전하고 있는 것을 볼 수 있다.

이 때 회전속도는 다음과 같다.

 

위 식에서 극수 P는 합성회전자계의 극수를 말한다. 위의 그림에서는 3상 전류가

Y결선으로 접속하였을 때 하나의 회전자계를 만드므로 자극은 N극, S극 이렇게

2개의 자극이 된다. 주파수는 60[Hz] 이므로 3상 전류가 만드는 회전자계의 회전

속도는 Ns = 120×60÷2 = 3600[rpm]이 된다.

 

2. 3상 유도전동기 구조 및 종류

▣ 3상 유도전동기의 구조를 다음 그림을 보며 알아 보자

 

3상 유도전동기에는 고정자에 3상 유도코일을 감아 회전자를 발생킨다.

회전자에는 회전자 도체가 있고 구리 막대(농형)나 권선(권선형)을 감는다.

3상 교류 전원은 회전자기장을 발생시키는데 이는 자석을 회전시키는 것과

같은 역할을 하게 된다.

 

원판이 자속을 끊어 주어야 원판이 힘을 받아 회전을 하게 된다.

이러한 역할을 하는 것이 회전자의 도체가 하게 된다.

원판은 회전자계와 같은 방향으로 회전을 하게 된다.

 

  ⊙ 1차 : 자석 : 회전자계

  ⊙ 2차 : 회전자 (원판) : 회전자 도체

▣ 유도 전동기는 회전자의 모양에 따라 농형유도전동기화 권선형 유도전동기로 나눈다.

【 농형유도전동기】

 

⊙ 고정자 1차 권선에 3상 교류 전류를 공급하면 회전자계가 형성된다.

   이 회전자계를 농형 2차 권선이 끊게 되면 유기기전력이 발생하게 되는데

   이 역할을 하는 것이 회전자의 구리막대이다.

   구리막대는 농형전동기를 기동할 때 사용하는 기동권선(제동권선)이다.

 ※ 제동권선 : 3상 동기 전동기 : 난조발생 방지

     3상 농형 유도전동기 : 기동토크 발생 (기동권선 역할)

     농형전동기에는 스큐슬롯 , 경사슬롯, 사슬롯, 사구를 사용한다.

 

▣ 스큐스롯을 사용하는 목적

 

 ◎ 고조파 제거 (기전력의 파형 개선)

 ◎ 고조파의 소음 발생 방지 (클로우링 현상 방지)

  【 권선형유도전동기】

 

권선형 유도전동기는 회전내에 권선을 감은 형태의 전동기이다.

회전자 권선은 외부에 슬립링을 통해 외부의 가변저항과 연결된다.

 

※ R : 가변저항기의 저항, r2 : 회전자 내부에 있는 권선의 저항

 

고정자 1차 권선에 3상 교류 전류를 공급하면 회전자계가 발생하게 되고

이 회전자계를 끊어 주어 유도기전력을 발생시켜야 회전력을 얻을 수 있다.

권선형 유도 전동기는 농형과 달리 2차 저항을 가변할 수 있다.

⊙ 권선형 유도 전동기의 2차 저항을 가변하는 이유

  ◎ 기동할 때 기동전류를 제한하는 역할 R ↑ ⇒ I 

  ◎ 기동토크를 개선할 때 토크 τ ↑

  ◎ 속도 제어 (조정) 

 

※ 권선형 유도전동기는 회전자 권선에 전류가 흐르고 이 권선에는 저항이 브러쉬로

   연결되어 있으므로 브러쉬에 의한 손실, 그리고 전류 I2R에 의한 손실이 발생하는

   등으로 효율이 좋지 않다. 따라서 권선형은 잘 사용되지 않는다.

 

 

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1. 4단자망

 
4단자망

▣ 입력과 출력 모두 2단자로 구성되어 있는데 입력과 출력의 함수 관계를 알아 보고자

    할 때 4단자망을 사용한다.

▣ 회로 내부의 복잡한 구성을 단순화하여 단순히 입력전압과 전류에 대한 출력의 전압

    전류의 관계를 파악하는데 사용한다.

 

【 먼저 행렬식에 대하여 알아 보자】

 

가. 4단자망의 관계성

 ▣ 4단자망의 A, B, C, D 는 입력 V1, I1과 출력 V2, I2간의 상호관계의 경우의 수가

     총 4개 이므로 이들 관계를 A, B, C, D로 나타낸 것이다.

 
4단자망

 ▣ 4단자정수 A, B, C, D를 행렬식으로 나타내면 다음과 같고 이를 전송파라미터라 한다.

 

 ▣ 입력 V1, I1과 출력 V2, I2간의 상호관계의 경우의 수는 총 4가지 이다.

     입력 전압 V1은 출력 전압 V2의 방향에 따라 좌우될 수 있고 또한 출력전류 I2와 임피던

     스의 곱 즉 전압 강하에 의하여 좌우될 수 있다. 마찬가지로 입력전류 I1은 2차 전압의 극

     성, 방향에 영향을 받을 수 있고 출력측 전류에 영향을 받을 수 있다. 이렇게 4가지의 요

     소(관계)에 의해 V1  I1을 나타낼 수 있다.

 

 ▣ 입력 V1, 출력 V2를 전류 I1, I2 와 임피던스 Z로 표현한 것을 임피던스 파라미터라고

     하며 표현식은 다음과 같다.

 

 

▣ 입력 I1, 출력 I2를 전압 V1, V2 와 어드미턴스 Y로 표현한 것을 어드미턴스 파라미터

    라고 하며 표현식은 다음과 같다.

 

가. 4단자 전송파라미터

 

 ▣ 4단자망의 입력 V1, I1과 출력 V2, I2간의 상호관계를 4단자 정수 A, B, C, D로 나타낸

     것을 4단자 전송파라미터라고 하며 이들의 상호관계성을 알아 보자.

 

 ▣ 4단자 정수 A, B, C, D가 어떻게 산출되고 무엇을 의미하는지 알아 보자.

 

 ▣ 선형조건 : AD - BC = 1, 대칭4단자망일 경우 A = D

 

나. 4단자 정수의 성질

 ▣ 직렬 임피던스 전송 파라미터의 A, B, C, D가 어떻게 산출되는지 알아 보자.

 

① A에 대하여 알아 보자.

 

 ▣ 위의 회로는 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

 ◈ I2 = 0 이므로 출력측은 개방되어 있으므로 입력측 전압 V1의 전압 모두가 출력측

   V2에 발생하게 된다. 따라서 V1 과 V2는 같게 된다.

   ∴ A = V1 / V2 = 1

 

② B에 대하여 알아 보자.

 

  ▣ 위의 회로는 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

  ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 이 회로는 직렬회로가 되어 키르히호프

      의 법칙에 의해 입력측 전류 I1 과 출력측 전류 I2는 같게 된다.

     ∴ B = V1 / I2 = V1 / I1 = Z

 

③ C에 대하여 알아 보자.

 

  ▣ 위의 회로는 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

  ◈ I2 = 0 이므로 출력측이 개방된 상태의 회로로 이 회로에는 전류가 흐르지 않게 되어

     입력측 전류 I1 과 출력측 전류 I2는 모두 "0"이 되어 같게 된다.

    ∴ C = I1 / V2 = 0 ∵ I1 = I2 = 0

 

④ D에 대하여 알아 보자.

 

  ▣ 위의 회로는 다음과 같이 표현할 수 있다.

 
단위회로

  ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 이 회로는 직렬회로가 되어 키르히호프

      의 법칙에 의해 입력측 전류 I1 과 출력측 전류 I2는 같게 된다. ( I1 = I2)

     ∴ D = I1 / I2 = 1 ∵ I1 = I2

 

【 종합하여 보면 】

 

▣ 병렬 어드미턴스 전송 파라미터의 A, B, C, D가 어떻게 산출되는지 알아 보자.

 

① A에 대하여 알아 보자.

 

 ◈ I2 = 0 이므로 출력측은 개방되어 있으므로 입력측 전압 V1의 전압 모두가 출력측

    V2에 발생하게 된다. 따라서 V1 과 V2는 같게 된다.

   ∴ A = V1 / V2 = 1 ∵ V1 = V2

 

② B에 대하여 알아 보자.

 

  ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 V2 = 0 이며 V1 = 0 이 된다. 또한

      출력단자가 단락이 되므로 전류가 저항이 없는 출력측 단자로 전류가 모두 흐르게 되어

      I1 = I2 가 된다.

 

    ∴ B = V1 / I2 = V1 / I1 = 0 ∵ V1 = V2 = 0 (단락), I1 = I2 (단락)

 

③ C에 대하여 알아 보자.

 

  ◈ I2 = 0 이므로 출력측이 개방된 상태의 회로로 입력측 전압 V1의 전압 모두가 출력측

      V2에 발생하게 된다. 따라서 V1 과 V2는 같게 된다.

     ∴ C = I1 / V2 = I1 / V2 = Y = 1/Z ∵ V1 = V2

 

④ D에 대하여 알아 보자.

 

  ◈ V2 = 0 이므로 출력측이 단락된 상태의 회로로 이 회로는 직렬회로가 되어 키르히호프

     의 법칙에 의해 입력측 전류 I1 과 출력측 전류 I2는 같게 된다. ( I1 = I2)

    ∴ D = I1 / I2 = 1 ∵ I1 = I2

 

【 종합하여 보면 】

 

다. T형 회로, π형 회로의 4단자 정수

 ▣ 먼저 T형 회로의 4단자 정수를 알아 보자. T형회로는 기본 전송파라미터를 연결한 것에

     불과하므로 이들 전송파라미터를 행렬식을 이용하여 합성을 하면 산정할 수 있다.

 

 ※ T형 회로는 먼저 Z1+Z2를 합성한 후에 이를 다시 Z3와 합성을 하게 된다.

     이때, 직 · 병렬 기본 전송파라미터 값을 이용하여 합성을 하게 된다.

     합성은 행렬식을 이용하면 쉽게 할 수 있다.

 

① 먼저 Z1와 Z2를 합성한 후에 ② 합성된 Z와 Z3를 합성한다.

 

 ▣ 위 회로의 좌우가 대칭일 경우

  ① 선형회로 조건 : AD - BC = 1

 

② 대칭 4단자망 조건 : A = D

 

 ▣ 이제 π형 회로의 4단자 정수를 알아 보자. π형회로는 기본 전송파라미터를 연결한 것에

     불과하므로 이들 전송파라미터를 행렬식을 이용하여 합성을 하면 산정할 수 있다.

 

  ※ π형 회로는 먼저 Z1+Z2를 합성한 후에 이를 다시 Z3와 합성을 하게 된다.

     이때, 직 · 병렬 기본 전송파라미터 값을 이용하여 합성을 하게 된다.

     합성은 행렬식을 이용하면 쉽게 할 수 있다.

 

 

▣ 위 회로의 좌우가 대칭일 경우

  ① 선형회로 조건 : AD - BC = 1

  ② 대칭 4단자망 조건 : A = D

 

라. T형 회로, π형 회로의 4단자 정수 암기법

 ▣ T형 회로 암기법

 

  ◈ 제트기류가 위에서 불어 온다.

 

 ▣ π형 회로 암기법

 

    ◈ 제트기류가 왼쪽 오른 쪽에서 불어 온다.

 

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1. 발전소에 시설하는 계측장치

 

가. 발전소 (발전기, 변압기)

 ① 발전기, 연료전지 또는 태양전지 모듈에 전압 및 전류 또는 전력을 측정하는 장치를

     시설해야 한다.

 ② 발전기의 베어링 및 고정자에 온도를 측정하는 장치를 시설해야 한다.

 ③ 주요 변압기의 전압, 전류 또는 전력을 측정하는 장치를 시설해야 한다.

 ④ 특고압용 변압기의 온도를 측정하는 장치를 시설해야 한다.

 

나. 동기발전기를 시설하는 경우에는 동기 검정장치를 시설해야 한다. (위상이 일치하는지

     검사하는 장치)

  ※ 동기발전기의 병렬운전 조건 : 기전력의 크기, 위상, 주파수, 파형, 상회전방향이 같을

  ① 동기발전기를 연계하는 전력계통에는 동기발전기 이외의 전원이 없는 경우 또는 동기

      발전기의 용량이 그 발전기를 연계하는 전력계통의 용량과 비교하여 현저히 작은 경우

      에는 시설하지 않을 수 있다.

 

다. 변전소 또는 이에 준하는 곳에 시설하는 계측장치

 ① 주요변압기의 전압, 전류 또는 전력을 계측하는 장치

 ② 특고압용 변압기의 온도를 계측하는 장치

 ③ 동기조상기를 시설하는 경우에는 다음의 사항을 계측하는 장치 및 동기검정장치를 시설

     해야 한다. 다만, 동기조상기 용량이 전력계통의 용량에 비해 현저히 작은 경우에는 시

     설 하지 아니할 수 있다.

   ⓐ 동기조상기의 전압, 전류, 전력을 측정하는 장치

   ⓑ 동기조상기 베어링 및 고정자의 온도를 측정하는 장치

      ※ 동기조상기 : 무부하로 운전되는 동기전동기 (무효전력을 조정하여 전압조정 및 역률

                           조정하는 장치)

【문제풀이】

 

문제 1. 발전소에서 계측장치를 시설하지 않아도 되는 것은 ? ④

   ① 발전기의 전압, 전류, 전력             ② 발전기의 베어링 및 고정자의 온도

   ③ 주요변압기의 전압, 전류, 전력        ④ 특고압용 변압기의 임피던스

 

문제2. 발전소에 시설하지 않아도 되는 계측장치는 ? ③

  ① 발전기의 전압, 전류, 전력      ② 발전기의 베어링 및 고정자의 온도

  ③ 발전기의 회전수 및 주파수     ④ 특고압용 변압기의 온도

 

문제 3. 발전소에 필요한 계측장치를 시설해야 된다. 다음 중 시설을 생략하여도 되는 계측

         장치는 ?

 ① 발전기의 전압 및 전류를 계측하는 장치

 ② 주요 변압기의 역률을 계측하는 장치

 ③ 발전기 고정자의 온도

 ④ 특고압용 변압기의 온도

 

문제 4. 발,변전소의 변압기에 반드시 시설하지 않아도 되는 계측장치는 ? ④

  ① 전류계     ② 전압계        ③ 전력계       ④ 역률계

 

문제 5. 발전소에서 계측장치를 설치하여 계측하는 사항에 포함되지 않는 것은 ? ③

  ① 발전기 온도      ② 발전기의 전압, 전류, 전력     ③ 특고압 모선의 전압, 전류, 전력

  ④ 주요 변압기의 전압, 전류, 전력

 

문제 6. 발전소에서 계측장치를 시설하지 않아도 되는 것은 ? ③

  ① 발전기의 고정자 및 베어링의 온도

  ② 특고압용 변압기의 온도

  ③ 증기터빈에 접속하는 발전기의 역률

  ④ 주요 변압기의 전압, 전류, 전력

 

문제 7. 발전소에 시설하는 계측장치중 주요 변압기의 계측장치로 알맞은 것은 ?

   ① 전압, 전류, 전력

 

문제 8. 전기철도 변전소 이외의 변전소의 주요 변압기의 계측장치로 꼭 필요하지 않은 것

    은 ? ③

  ① 전압     ② 전류     ③ 주파수      ④ 전력

 

문제 9. 변전소 또는 이에 준하는 곳에 반드시 시설하지 않아도 되는 계측장치는 ? ③

  ① 주요 변압기 전압 계측       ② 주요 변압기 전력 계측

  ③ 특고압용 변압기 역률        ④ 특고압용 변압기 온도

 

문제 10. 변전소 또는 이에 준하는 곳에 사용하는 특고압용 변압기의 계측장치를 반드시 시

     설해야 되는 것은 ? ④

  ① 절연      ② 용량         ③ 유량          ④ 온도

 

문제 11. 동기발전기를 사용하는 전력계통에 시설해야 하는 계측장치는 ? ② 동기검정장치

 

문제 12. 전력계통의 용량과 비슷한 동기조상기를 시설하는 경우에 반드시 시설해야 할 동

     기검정장치나 계측장치가 아닌 것은 ? ②

  ① 동기검정장치   ② 동기조상기 역률   ③ 동기조상기 전압, 전류, 전력   ④ 동기조상기의

       고정자 및 베어링 온도

 

문제 13. 동기조상기를 시설할 때 동기조상기의 전압, 전류, 전력, 베어링 및 고정자의 온도

   를 계측하는 장치와 동기 검정장치를 시설해야 하는데 동기조상기의 용량이 전력계통의

   용량과 비교하여 현저히 적은 경우에는 그 시설을 생략할 수 있다. 그것은 무엇인가 ?

     ④ 동기 검정장치

 

2. 수소냉각식 발전기 : 동기발전기

 

  ※ 수소 : 순도 (50~70%로 저하된 상태)에서 공기와 혼합하면 폭발한다.

  가. 발전기 또는 동기조상기는 기밀구조로 되어야 한다.

  나. 수소가 대기압에서 폭발하는 경우에 생기는 압력에 견디는 구조이어야 한다.

  다. 발전기 축에 밀봉되는 수소가스를 봉입할 수 있는 장치 또는 발전기 축에 밀봉구로 부터

       누설되는 수소가스를 안전하게 외부에 방출할 수 있는 장치를 시설해야 한다.

  라. 발전기안 또는 동기조상기 안의 수소의 순도가 85% 이하로 저하한 경우에 반드시 경

       보하는 장치를 시설해야 한다.

  마. 발전기안 또는 동기조상기 안의 수소의 압력을 계측하는 장치 및 그 압력이 현저히 변동

       하는 경우에 이를 경보하는 장치를 시설해야 한다.

  바. 발전기 안 또는 동기조상기 안의 수소의 온도를 계측하는 장치를 시설해야 한다.

  사. 발전기 안 또는 동기조상기 안으로 수소를 안전하게 도입할 수 있는 장치 및 발전기 또

       는 동기조상기 안의 수소를 안전하게 외부로 방출할 수 있는 장치를 시설해야 한다.

  아. 수소가 통하는 관, 밸브 등은 수소가 새지 아니하는 구조로 되어 있을 것

 

【문제풀이】

 

문제 1. 수소냉각식 발전소는 발전기 또는 동기 조상기안에 수소의 순도가 몇 % 이하로 저

    하로 저하한 경우에 이를 경보하는 장치를 시설해야 하는가 ? ③ 85 %

 

문제 2. 수소냉각식 발전소의 수소의 순도가 어느 정도로 저하하는 경우에 경보하는가 ?

    ③ 85%

 

문제3. 수소냉각식 발전기 또는 조상기에 접속하는 수소냉각장치에 필요없는 장치는 ? ④

  ① 수소의 순도 저하를 경보하는 장치

  ② 수소의 압력을 계측하는 장치

  ③ 수소의 온도를 계측하는 장치

  ④ 수소의 유량을 계측하는 장치

 

문제 4. 수소냉각식 발전기, 조상기 또는 이에 부속하는 수소냉각장치에 시설하는 계측장치

      에 해당되지 않는 것은 ? ③

  ① 수소의 순도가 85% 이하로 저하되는 경우에 경보하는 장치

  ② 수소의 압력을 계측하는 장치

  ③ 수소의 도입량 및 방출량을 계측하는 장치

  ④ 수소의 온도를 계측하는 장치

 

문제 5. 수소 냉각식 발전기 등의 시설기준을 잘못 설명한 것은 ? ④

 ① 발전기는 기밀구조의 것이고 또한 수소가 대기압에서 폭발하는 경우에 생기는 압력에

     견디는 강도를 가지는 것일 것

 ② 발전기 안의 수소의 온도를 계측장치를 시설할 것

 ③ 발전기 안의 수소의 압력을 계측하는 장치 및 압력이 현저히 변동하는 경우에 이를 경보

     하는 장치를 시설할 것

 ④ 발전기 안의 수소의 순도가 85% 이상으로 상승하는 경우에 이를 경보하는 장치를 시

     설할 것

 

문제 6. 수소냉각식 발전기의 시설기준으로 옳지 않은 것은 ? ③

  ① 발전기 혹은 조상설비 등의 이상을 조기에 감지하여 경보하는 기능이 있을 것

  ② 수소의 누설 또는 공기의 혼합이 없어야 한다.

  ③ 발전기측의 밀봉구로 부터 수소가 누설될 때 누설된 수소를 외부에 방출하지 않아야 한다.

  ④ 수소가 대기압에서 폭발하는 경우 생기는 압력에 견디는 강도를 가질 것

 

3. 압축공기계통

 

  ※ 차단기에 사용하는 압축 공기 계통

가. 공기압축기는 최고 사용압력의 1.5배의 수압 (수압을 연속하여 10분간 가하여 시험하

     기 어려운 때에는 최고 사용압력의 1.25배의 기압)을 연속하여 10분간 가하여 시험했

     을 때 이에 견디고 새지 않아야 한다.

   ※ 공기압축기 내압요건 : 10분간 시험

      ⓐ 최고 사용압력의 1.5배 수압      ⓑ 1.25배의 기압

나. 공기탱크 용량

  ▣ 공기탱크는 사용압력에서 공기의 보급이 없는 상태로 개폐기 또는 차단기에 투입 및 차

      단을 연속하여 1회 이상 할 수 있는 용량을 가질 것

      다. 주요공기탱크 또는 이에 근접한 곳은 사용압력의 1.5배 이상 3배 이하의 최고 눈금이

      있는 압력계를 설치할 것

 

【문제풀이】

 

문제 1. 발전소, 변전소, 개폐소 또는 이에 준하는 곳에 개폐기 또는 차단기에 사용하는 압

    축공기장치의 공기압축기는 최고 사용압력의 1.5배의 수압을 몇 분간 가하여 이에 견디

     고 새지 않아야 하는가 ? 10분간

 

문제 2. 발변전소의 차단기에 사용하는 압축공기장치의 공기압축기는 최고 사용압력의 몇

    배의 수압을 연속하여 10분간 가하여 시험했을 때 이에 견디고 새지 않아야 하는가 ?

     1.5배

 

문제 3. 발전소에서 개폐기 또는 차단기에 사용하는 압축공기장치는 수압을 연속하여 10

      분간 가하여 시험했을 때 최고 사용압력의 몇 배의 압력에 견디고 새지 않아야 하는가 ?

      1.5배

 

문제 4. 발변전소의 차단기에 사용하는 압축공기탱크는 사용압력에서 공기의 보급없이 차

      단기의 투입 및 차단을 연속하여 몇 회 이상 할 수 있는 용량을 갖어야 하는가 ?

       1회 이상

 

문제 5. 발전소의 개페기 또는 차단기에 사용하는 압축공기장치의 주공기탱크에는 어떠한

      최대 눈금이 있는 압력계를 시설해야 하는가 ? 최대 사용압력의 1.5배에서 3배 이하의

      눈금계를 가지는 압력계

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1. 단락전류 (Is)

▣ 단락전류 : 전로의 선간이 임피던스가 최소인 상태로 접촉되었을 때 그 부분을 통하여

                  흐르는 큰 전류

  ※ 단락전류는 단락지점 앞쪽에서만 흐른다. (임피던스가 최소이므로 단락지점 뒤쪽으로

      는 전류가 흐르지 않는다)

가. 단락전류값은 단락지점에서 앞쪽 즉 상전압을 단락지점까지의 임피던스로 나누어 산정

      한다.

 

나. 단락전류는 정격전류와의 관계를 이용하여 계산한다.

 

2. 동기 임피던스 (Zs)

 ▣ 동기발전기에서 발전을 하면서 발생하는 임피던스로 발전기 자체가 전압강하를 일으키

     는 임피던스를 말하며 전기자반작용과 누설리액턴스로 구성된다.

 

가. 동기임피던스는 무부하에서 발생하는 임피던스이므로 다음과 같이 계산한다.

     무부하상태라는 것은 단락상태와 같은 의미로 볼 수 있으므로 동기임피던스의 계산식은

     단락전류 계산식의 역 (전류와 임피던스를 바꿈)으로 계산한다.

 

나. 동기임피던스 값은 %Z 산정식으로 부터 계산해 낼 수 있다.

 

3. %동기임피던스 (%Zs)

▣ %동기임피던스 : 무부하상태에서 동기발전기의 동기발전기 자체에서 발생하는 임피던

                          스의 전체 임피던스(정격부하시)에 대한 비율을 말한다. 임피던스와

                          전압과는 비례 관계에 있으므로 이를 비율을 전압비로 산정한다.

                          즉, 정격 상전압에 대한 동기임피던스 전압강하의 비율이다.

 

가. %동기임피던스의 정의 즉, 정격상전압에 대한 임피던스 전압강하 비로 계산한다.

 

나. 위식 정의식을 전압과 전력에 대한 식으로 변환하여 산정할 수 있다.

 

※ 이 때 전압과 전력의 단위는 kV, kVA 단위이다.

 

다. 단락전류 계산식으로 부터 유도해 낼 수 있다.

 

라. 단락비를 이용하여 유도해 낼 수 있다.

 

4. 단락비 (Ks)

 ▣ 단락비는 정격전류에 대한 단락전류의 비율을 말한다.

가. 단락비의 정의에 의하여 산정할 수 있다.

 

나. 단락전류 산정식으로 부터 유도해 낼 수 있다.

 

【기출문제 풀이】

문제 1. 동기리액턴스가 3[Ω], 선간전압이 220[V]일 때 3상 단락전류[A]는 얼마인가 ?

 

문제 2. 여자전류 5[A]에 대한 1상의 유기기전력이 600[V]이고 3상 단락전류가 30[A]

   일 때 동기임피던스[Ω]는 얼마인가 ? ※ 유기기전력은 상전압을 말한다.

 

문제 3. 단자전압이 1000√3 이고 3상 단락전류가 50[A]일 때 동기임피던스[Ω]는 ?

 

문제 4. 8000[kVA], 6000[V]인 동기발전기의 %Z가 80%일 때 동기임피던스는

   얼마인가 ?

 

문제 5. 동기발전기의 %Z가 83%일 때 단락비를 구하여라.

 

문제 6. 출력이 10,000[kVA], 정격전압이 6,600[V]인 동기임피던스가 매상 3.6[Ω]인

   동기발전기의 단락비는 ?

 

5. 단락비와 다른 특성과의 관계

 ▣ 단락비가 크다는 것은 철기계를 의미한다.

   ※ 변압기를 예를 들면 코일 (동선, 구리선)은 작고 철심이 많고 규모가 큰 기계에 해당한

       다.

 

[좋은 점]

 ① %임피던스(%Z)가 작고 동기임피던스(Zs)가 작다.

 ② 전압강하가 작다 (임피던스 강하 = Is · Zs)

 ③ 전압변동율이 작다.

 ④ 전기자 반작용이 작다. (Zs ≒ xs =Xa + Xl)

 ⑤ 공극이 커진다.

 ⑥ 안정도가 좋아 진다.

 ⑧ 과부하 내량이 크다.

 

[나쁜 점]

⑨ 공극이 커지면 규모가 커지게 되고 철기계가 된다. 철기계가 되면 철손이 커지고

    효율이 나빠진다.

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1. 발전소 등의 울타리, 담 등의 시설

 

가. 고압 또는 특고압의 기계기구·모선 등을 옥외에 시설하는 발전소, 변전소, 개폐소 또는

    이에 준하는 곳 (수전설비 - 변전실, 수전실)에 시설하는 울타리, 담 등은 다음에 따라

    시설해야 한다.

 
울타리, 담

① 울타리, 담 등의 높이는 2[m] 이상으로 한다.

② 지표면과 울타리, 담 등의 하단 사이 간격은 0.15[m] (15㎝) 이하로 한다.

    나. 울타리, 담 등과 고압 및 특고압의 충전부분에 접근하는 경우에는

    ① 울타리, 담 등의 높이와 ② 울타리, 담으로 부터 충전부분까지의 거리의 합계는

    다음 표에서 정한 값 이상으로 해야 한다.

사용전압
거리 ① + ②
35[kV] 이하
5 [m] 이상
35 [kV] 초과 160[kV] 이하
6 [m] 이상
160 [kV] 초과
6 [m] + 단수 × 0.12 [m]

   ※ 위 간격은 특고압 가공전선의 시설 높이와 같음

 

【 문제풀이 】

문제 1. 고압 또는 특고압의 기계기구 · 모선 등을 옥외에 시설하는 발전소, 변전소, 개폐소

   또는 이에 준하는 곳에 시설하는 울타리, 담 등의 높이는 몇 [m]이상으로 하여야 하고

   지표면과 울타리, 담 등의 하단사이는 몇 [m] 이상 이격하여야 하는가 ?

    ② 2[m], 0.15 [m]

 

문제 2. 345[kV] 변전소의 충전부로 부터 5.78[m] 거리에 울타리를 설치하려 한다. 울타

   리의 최소 높이는 몇 [m]로 해야 하는가 ?

   총거거리 : 6[m] + 단수 × 0.12 = 6 + (345 -160) / 10 × 0.12 = 6 + 19 × 0.12

   = 8.28[m], ∴ 울타리 높이 : 8.28 - 5.78 = 2.5 [m] 이상

 

문제 3. 22[kV] 변압기 충전부와 울타리 높이를 가산한 충전부 까지의 거리는 최소 몇 [m]

   이상이 되어야 하는가 ? 5 [m] 이상

 

2. 특고압 전로의 상 및 접속상태 표시

 

가. 발전소, 변전소 또는 이와 준하는 곳 (수전설비)의 특고압 전로에 대하여는 그 접속상태

   를 모의 모선의 사용 기타 방법에 의하여 표시하여야 한다. 다만, 이러한 전로에 접속하

   는 특고압 전로의 회선수가 2이하이고 또한 특고압의 모선이 단일 모선인 경우에는 모

   의 모선을 설치하지 않아도 된다.

 

【 문제풀이 】

문제 1. 전로에는 보기 좋은 곳에 상별 표시를 해야 한다. 기준상 표시의무가 없는 것은 ?

       ④

   ① 발전소의 특고압 전로          ② 변전소의 특고압 전로

   ③ 수전설비의 특고압 전로       ④ 수전설비의 고압전로

 

문제 2. 발전소, 변전소에서 특고압 전로에 접속상태를 모의 모선의 사용 등으로 표시하지

    않아도 되는 것은 ?

    ① 회선수 2이하의 단일 모선

 

3. 각종 기계기구의 보호장치

 

가. 발전소의 기계기구의 보호장치

  ① 모든 발전기 (용량과 관계없음) - 과전류, 과전압 : 자동차단장치

  ② 용량 10,000[kVA] 이상 - 내부고장 : 자동차단장치

  ③ 용량 500[kVA] 이상 발전기 구동 수차 (5 수) - 자동차단장치

  ④ 용량 100[kVA] 이상 발전기 구동 풍차 (1 풍) - 자동차단장치

  ⑤ 용량 2,000[kVA]이상 수차 발전기 (2,수,발-이시발) - 자동차단장치

  ⑥ 10,000[kVA] 초과 증기터빈 (만 증) - 자동차단장치

 

나. 특고압용 변압기

  ① 뱅크용량 10,000[kVA] 미만 : 내부고장 - 자동차단장치 또는 경보장치

  ② 뱅크용량 10,000[kVA] 이상 : 내부고장 - 자동차단장치

  ③ 변압기 냉각장치 - 냉각장치 고장, 현저한 온도 상승 ⇒ 경보장치

 

다. 전력용 콘덴서 (C), 리액터 (L) : 조상설비

  ① 뱅크용량 500[kVA] 초과 15,000[kVA] 미만 : 내부고장, 과전류 : 자동차단장치

  ② 뱅크용량 15,000[kVA] 이상 : 내부고장, 과전류, 과전압 : 자동차단장치

 

【 문제풀이 】

문제 1. 수력발전소의 발전기 내부고장이 발생했을 때 자동적으로 전로로 부터 차단하는

   장치를 시설해야 되는 발전기 용량은 몇 [kVA]인가 ? 10,000[kVA] 이상

 

문제 2. 발전기를 구동하는 수차의 압유장치의 유압이 현저히 저하한 경우 자동적으로

   이를 전로로 부터 차단하는 장치를 해야 하는 발전기의 용량은 몇 [kVA] 이상이어야

   하는가 ? ① 500[kVA] 이상 - (5 수)

 

문제 3. 크러스터베어링의 온도가 현저히 상승한 경우 이를 자동적으로 전로로 부터 차단하

   는 장치를 시설해야 하는 수차 발전기 용량은 몇 [kVA] 이상인가 ?

    ④ 2,000[kVA] - (2 수 발, 2 시 발)

 

문제 4. 증기터빈의 트러스터 베어링이 현저하게 마모되거나 온도가 현저하게 상승한 경우

   그 발전기를 전로로 부터 자동차단하는 장치를 시설하은 경우는 정격출력이 몇 [kVA]를

   넘었을 경우인가 ? 10,000[kVA] 이상

 

문제 5. 다음 중에서 발전기를 전로로 부터 자동적으로 차단하는 장치를 시설해야 하는 겨

   우에 해당되지 않는 것은 ? ④

  ① 발전기에 과전류가 생긴 경우

  ② 용량이 500[kVA]를 넘는 발전기를 구동하는 수차 (5 수)

  ③ 용량이 100[kVA]의 발전기를 구동하는 풍차 (1 풍)

  ④ 용량 5,000[kVA]의 발전기에 내부고장이 생긴 경우

 

문제 6. 발전기 보호장치로 사고종류에 따라 자동적으로 전로로 부터 차단하는 장치를 시설

   해야 하는 경우가 아닌 것은 ? ②

  ① 발전기에 과전류나 과전압이 생긴 경우

  ② 용량이 50[kVA] 이상의 발전기를 구동하는 수차

  ③ 용량 100[kVA]의 발전기를 구동하는 풍차

  ④ 용량이 10,000[kVA] 이상의 발전기의 내부고장시

 

문제 7. 특고압용 변압기의 내부고장이 생겼을 때 경보만 해도 되는 것은 ?

   ② 용량 5,000[kVA]의 발전기

 

문제 8. 특고압용 변압기에 내부고장이 생겼을 때 반드시 자동차단을 해야 하는 변압기의

   용량은 몇 [kVA]이상 인가 ? ③ 10,000[kVA] 이상

 

문제 9. 뱅크용량이 10,000[kVA] 이상인 변압기의 내부고장이 발생했을 때를 대비하여

   시설행댜 하는 보호장치는 ? ④ 자동차단장치

  

문제 10. 송유풍냉식 변압기의 특고압용 변압기의 송풍기에 고장이 발생한 경우에 대비하

   여 시설해야 하는 보호장치는 ? 경보장치

 

문제 11. 발전소에 사용하는 뱅크용량 15,000[kVA]의 송유풍냉식 특고압용 변압기에 보

   호장치를 하려고 한다. 반드시 자동차단장치가 필요한 곳은 ?

   ③ 변압기 내부에 고장이 생긴 경우

 

문제 12. 과전류가 생긴 경우 자동적으로 이를 전로로 부터 차단하는 장치를 해야 하는 전

   력용 커패시터의 뱅크용량은 얼마인가 ? ③ 15,000[kVA]

 

문제 13. 특고압용 수냉식 변압기의 냉각장치에 고장이 생긴 경우를 대비하여 시설해야

   하는 보호장치는 ? ① 경보장치

 

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