수배전설비 예방보전기술

『제2편 비상용 발전설비(Generator)의 운전과 보존관리』…①
  • 글 | 임정달(電氣管理實務 著者) 建築物管理硏究院/院長
  • 2016-03-16 오전 10:51:56

2.1.7 발전기 용량 산정
(1) 용량 산정시 고려할 사항
상시전원(전력회사의 전원)의 정전시 중요부하에 대한 전력공급을 위하여 비상용 발전기는 부하조건에 따라 발전기의 기동 및 전력공급 능력에 적합한 용량을 갖춰야 한다. 또한 비상전원 공급대상 설비의 구성은 평상시에는 상시전원을 공급받아 운용하고 정전이 되면 자동절환스위치(ATS)가 비상발전기 전원쪽으로 자동절환되어 발전기의 비상전원을 해당 부하에 공급하는 방식으로 한다.
다음은 일반적으로 비상발전기 용량 산정시 고려할 사항이다.
① 건물이나 시설의 성격 부하의 용도 사용자의 의향을
충분히 고려한다.
② 사용빈도가 적은 것을 고려하여 불필요한 부하를 줄인다.
③ 경제성을 검토한다.
④ 디젤엔진 구동인 예비전원은 수초간의 정전은 피할수 없음을 고려한다.
⑤ 유도전동기와 같은 시동전류가 큰 부하가 있는 경우는 시동방법을 고려하지 않으면 전원용량이 커짐을 특히 주의한다.
⑥ 수전 전력과의 관계는 일반적으로 다음기준을 감안한다.
상하수도 시설 약80(%), 전신 전화시설 약65(%), 병원 약30(%), 빌딩 약 20(%)
⑦ 발전기실 주위온도는 20(℃)일 경우를 기준으로 하며 실내온도가(40℃)가 되면 출력은 약 8(%)가 감소하므로 통풍 및 환기에 각별한 주의가 요망된다.
(2) 발전기의 용량산출
① 계산조건
모든 전동기는 특별한 언급이 없는 경우는 직입기등으로 계산한다.
비상전력계통에 연결된 전동기는 동시 기동을 배제한다.
모든 전동기의 특성(역률, 효율, 기동전류)은 제작사에서 제공하는 일반적인 자료를 적용한다.
② 비상발전기의 용량 계산
비상발전기의 용량은 다음 세가지 방법에 의한 계산중 가장 큰 용량으로 결정한다.
정격 운전상태에서 부하설비의 가동에 필요한 발전기 용량(PG1)
PG1(kVA) = (ΣWL × L) / cosθ
ΣWL : 부하입력 합계[kW]
L : 부하 수용률(1.0적용 )
cosθ: 발전기 역률(0.8적용)
부하중 최대용량(기동 kVA)의 전동기를 기동할 때에 허용전압강하를 고려한 발전기 용량(PG2)
PG2(kVA) = (1 - ΔE)/ΔE × Xd × QL
ΔE : 허용 전압강하율
(0.2~0.3 통상 0.25 비상승강기의 경우 0.2적용)
Xd : 발전기 직축 과도 리액턴스
(0.2~0.3 통상 0.25적용)
QL : 기동입력이 가장 큰 전동기의 기동시 돌입용량
(kVA)(정상입력의 6.5배 적용)
부하중 최대용량(기동 kVA)의 전동기를 기동순서상 마지막으로 기동할 때 필요한 발전기 용량(PG1)
PG3(kVA) = ΣWo + (QL × cosθ QL) / K × cosθ
ΣWo : 기저부하(base load)의 입력합계[kW]
QL : 기동입력이 가장 큰 전동기의 기동시 돌입용량k[VA] (정상입력의 6.5배 적용)
cosθ QL : 기동 돌입부하 기동역률(0.3적용)
K : 원동기 과부하 내량(1.2적용)
cosθ : 발전기 역률(0.8적용)

 

 

① 비상전원 공급대상 부하용량
② 부하 운전조건
비상발전기 전원을 공급받는 대상 부하중 펌프2를 제외한 모든 부하 (상시부하 + 수시부하)가 정상운전 중이며 이때 펌프 가 추가로 기동하는 조건임 )
발전기 공급전압은 3상 380/220V 정격
③ 발전기 용량 계산
발전기 용량은 다음 세가지 방법에 의한 계산중 가장 큰 용량으로 결정한다. PG1(정격 운전상태에서 부하 설비의 가동에 필요한 발전기 용량)
PG1 = (ΣWL × L) / cos θ =

 

= 1054.9(kVA)
PG2(부하중 최대용량(기동 kVA)의 전동기를 가동할
때 허용전압 강하를 고려한 발전기 용량)
PG2(kVA) = (1 -ΔE)/ ΔE × Xd × QL
=

 

× 0.25 × (90 × 6.5배 )= 438.75
PG3부하중 최대용량(기동kVA)의 전동기를 기동순서
상 마지막으로 기동할 때 필요한 발전기 용량
PG3(kVA) = ΣWo + (QL × Cosθ QL) / K × ocsθ
= 

 
= 977.5(kVA)
여기서 ΣWo = 843.9 - 81 = 762.9(kW)
④ 발전기 용량 산정
상기 계산에 의하여 (PG1 = 1054.9kVA, PG2 = 438.9kVA, PG3 = 977.5kVA) 발전기의 용량은 세가지 중 가장 큰 PG1으로 산정한다.
발전기 용량 PG1 × cosθ G = 1054.9 × 0.8 = 843.92kW 따라서 발전기용량은 3상 380/220V, 역률 0.8인 상용출력 900kW 를 선정한다.
5) 연료(Fuel) 계통도 및 연료소비량 산출
① 연료탱크 → ② 연료공급밸브 → ③ 연료필터(여과기) → ④ 연료분사펌프 → ⑤ 연료분사파이프(압력파이프) → ⑥ 연료분사 노즐 → ⑦ 실린더내 분사 → ⑧ 잔류 연료
☞ 연료소비량 및 연료탱크의 선정
비상발전기의 최저 운전시간은 2시간 이상으로 규정되어 있으나 일반적으로 아래 용량 이상의 연료 저장능력을 가져야 한다.
① 연료소비량
?발전기 연료 소비량 Q (㎏/h) = {KVA×역률(pf)×연료소비율(b)} / {0.736×발전기효율×1000}
1시간당 연료소비율 = (연료소비율 × ps) / 연료의 비중 [ℓ/h]
?고속 소형기관(170~180 g/psi h)
?중속 소 용량기관 (160~170 g/psi h)
?중속 대 용량기관 (150~160 g/psi h)
?저속 대 용량기관 (145~160 g/psi h)
※ 고속형 : 1200rpm이상, 중속형 : 900~1200,
저속형 : 900rpm이하
② 연료 저장 탱크의 선정
a. 비상용의 경우
주 탱크 : 10시간분
보조탱크 : 1~2시간분
b. 상용의 경우
주 탱크 : 7~10일분
보조탱크 : 7~10시간분
c. 건물의 용도별 구분
통신 보도관계 : 30 시간
은행, 증권의 온라인 : 10~24 시간
백화점, 지하상가 : 4~10 시간
대형상가, 슈퍼마켓 : 4시간

 

6) 냉각수 계통도
(1) 수온 조절기(Thermostat) : 초기 기동시 엔진냉각수에 의한 과냉 현상을 막고 적정한 온도를 유지시키는 기능을 가진 것으로 냉각수가 저온상태 일 때 열교환기 또는 Radiator로 가는 통로를 차단하여 엔진이 그 이하의 온도로 냉각되는 것을 막고 냉각수를 엔진측으로 재순환시킴으로써 엔진온도를 적정한 온도로 상승시키는 역할을 하며 대개 70 ~ 80℃로 유지한다
(2) 예열장치(Preheating Plug)
동절기에 엔진시동을 용이하게 하기 위한 디젤엔진의 시동 보조 장치이다. 예열방법은 실린더 내에 흡입되는 공기를 직접 예열하는 방법과 엔진 내부에 있는 냉각수를 히터를 이용하여 간접적으로 실린더 내부의 공기를 예열하는 방법이 있다. 냉각수를 예열하는 방법은 동절기 결빙에 따른 냉각계통의 파열을 방지하고 시동을 용이하게 하는 장점이 있다.
2.1.8 주요 계측장치 및 기능
(1) 엔진 제어반

 

 

① 엔진 회전 속도계(Tacho Meter or RPM Meter)
엔진의 1분간 회전수를 지시하며 4극용 발전기의 기준치는 다음과 같다.
시동 시는 600~900RPM, 정상운전 시는 1800RPM ±5% 이내가 적정하다.
② 냉각수 온도계(Water Temperature Gauge)
운전중 엔진 내부에 순환되는 냉각수의 온도를 표시하는 계기로서 정상 운전시의 온도는 75~85 ℃를 지시 하여야 한다. 운전중 냉각수 온도가 95℃이상 상승하면 엔진이 과열로 사고의 원인이 되므로 즉시 엔진을 정지하여야 한다. 주의> 냉각수 입,출구 고압호수가 이탈하지 않도록 견고히 밴딩처리 하여야 한다.
③ 엔진 윤활유 압력계(Oil Pressure Gauge)
원동기 내부에 설치된 오일 펌프에 의하여 엔진 각 기관에 강제로 공급 순환되는 윤활유의 압력을 표시하며 정상 회전시는 3.5~4.5(kg㎠/), 저속 공회전시는 0.8~1.4(kg/㎠)이다. 운전중 오일압력이 0.6(kg/㎠) 이하로 내려가면 즉시 정지(停止) 하여야 한다.
④ 축전지 충전계(Battery Charger Gauge)
원동기 운전 중 축전지(Battery) 충전용 발전기(Charging generator)의 전압을 표시하며 정상 충전상태의 지침은 24V 용 축전지일 경우 24V ~28V를 지시하여야 한다. 

 

⑤ 윤활유 온도계(Oil Temperature Gauge)
운전중 원동기내의 순환 윤활유 온도를 표시하여 주는 계기로서 원동기의 최대부하 출력에서 100~116℃ 범위에 있어야 한다 . 부하의 증감에 상관없이 윤활유의 온도가 급상승하는 경우 기계적 고장일 가능성이 있으므로 즉시 엔진정지 후 점검 및 원인규명 조치하여야 한다.
⑥ 냉각수 고온 표시등(Water High Temperature Lamp)
운전 중 원동기의 냉각수 온도가 적정치를 초과 상승 했을 경우 작동하며 엔진의 자동정지 및 경보음이 울리며 표시등이 점등된다
⑦ 윤활유 압력 저하 표시등(Oil Low Pressure Lamp)
운전중 원동기 윤활유 압력이 적정치 이하로 저하되었을 경우 작동하며 엔진 자동 정지 및 경보음이 울리며표시등이 점등된다.

⑧ 엔진 과속도 표시등(Over Speed Lamp)
원동기 회전속도가 정격속도의 120%이상 초과되었을 경우 작동하며 엔진 자동 정지 및 경보음이 울리며 표시등이 점등된다.
⑨ 저속 고속 선택 스위치(Idle-Run Switch)
원동기 시동시 엔진 회전속도를 저속운전 및 정상속도 운전을 선택하는 스위치로서 Idle 위치는 시동시 및 저속 예비 운전시에만 사용(600 ~900RPM) 하며 Run 위치는 정상가동 운전시에 사용(1800RPM) 한다.
(2) 발전기 제어반(AUTO STARTING PANEL) ACB 4P 1000A
① 교류 전압계 (V: Volt Meter)
발전기의 출력전압을 지시하는 계기로서 각상의 정격 전압을 지시하며 출력전압 조정은 AVR의 전압조절기 (90R)로 조정한다.
② 주파수계(F: Frequency Meter or Hertz Meter)
발전기 출력전원의 주파수를 지시하는 계기로서 정격 주파수를 지시한다 주파수는 엔진의 회전속도와 비례하므로 조속기(Governor)를 조정하여 정상적인 주파수(60㎐)가 되도록 조절하여야 한다.
※ 조속기(Governor)의 역할 : 부하(負荷) 및 엔진회전수에 따라 연료 분사량을 적절히 조절하여 회전속도 변동율을 5(%)이내로 유지시켜 줌으로써 사용에 적합 하도록 한다.

 

 

 

 

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