동기화(대체 전류)

교류 전력 시스템에서 동기화는 발전기 또는 다른 소스의 주파수를 실행 중인 네트워크에 매칭하는 과정이다. AC 발전기는 네트워크와 동일한 주파수로 가동되지 않는 한 전력망에 전력을 공급할 수 없다. 그리드의 연결되지 않은 두 세그먼트를 서로 연결해야 하는 경우, AC 전원을 교환할 수 없는 경우 정확한 동기화가 이루어져야 한다.

직류(DC) 발전기는 그 속도나 자기장 호기량을 조정하여 네트워크 전압에 맞게 개방 회로 단자 전압을 조정하여 전력망에 연결할 수 있다. 정확한 엔진 속도는 중요하지 않다. 그러나 AC 발전기는 네트워크 전압의 진폭과 타이밍을 모두 일치시켜야 하며, 속도 및 흥분 모두를 동기화를 위해 체계적으로 제어해야 한다. 이러한 추가적인 복잡성은 1880년대 전류 전쟁 중 AC작전에 반대하는 주장 중 하나이다. 현대 그리드에서는 발전기의 동기화가 자동 시스템에 의해 수행된다.

조건들

동기화 과정이 진행되기 전에 충족해야 하는 조건은 5가지다. 소스(제너레이터 또는 서브 네트워크)는 동기화 중인 시스템의 라인 전압, 주파수, 위상 시퀀스, 위상 각도 및 파형이 동일해야 한다.^[1]

파형과 위상 시퀀스는 제너레이터의 구성과 시스템 연결에 의해 고정된다. 발전기 설치 중에는 발전기 단자 및 모든 제어 배선이 시스템과 일치하도록 위상(위상 시퀀스) 순서가 일치하도록 세심하게 점검한다. 위상 시퀀스가 잘못된 제너레이터를 연결하면 시스템 전압이 제너레이터 단자 전압과 반대이기 때문에 단락이 발생한다.^[2]

발전기를 그리드에 연결할 때마다 전압, 주파수 및 위상 각도를 제어해야 한다.^[1]

전력망에 연결하기 위한 장치를 생성하는 것은 정격에 비례하여 부하를 공유할 수 있는 고유의 축속 제어장치를 가지고 있다. 특히 격리된 시스템에서 일부 발전기 장치는 부하에 관계 없이 일정한 시스템 주파수를 유지하면서 등시 주파수 제어로 작동한다.

과정

이벤트의 순서는 수동 또는 자동 동기화의 경우와 유사하다. 발전기는 축에 더 많은 에너지를 공급함으로써 대략적인 동기식 속도로 발전된다. 예를 들어, 증기터빈의 밸브를 열거나, 유압터빈의 게이트를 열거나, 디젤 엔진의 연료 랙 설정을 증가시키는 것이다. 발전기 장에 전원이 공급되고 발전기 단자의 전압이 관측되어 시스템과 비교된다. 전압 크기는 시스템 전압과 동일해야 한다.

한 기계가 약간 위상을 벗어나면 다른 기계와 보조를 맞추지만 위상 차이가 크면 무거운 교차 전류가 있어 전압 변동과 극단적인 경우 기계에 손상을 줄 수 있다.

싱크로나이징 램프

이전에는 발전기 단자와 계통 단자(또는 보다 일반적으로 발전기와 계통에 연결된 계측기 변압기의 단자) 사이에 3개의 전구가 연결되었다. 발전기 속도가 변화하면 발전기 주파수와 시스템 주파수의 차이에 비례하는 비트 주파수로 조명이 깜박인다. 발전기의 전압이 시스템 전압(상상 전방 또는 후방)과 반대일 때 램프가 밝을 것이다. 발전기의 전압이 시스템 전압과 일치하면 조명이 어두워진다. 그 순간, 발전기와 시스템을 연결하는 회로 차단기가 닫힐 수 있으며, 발전기는 시스템과 동기화 상태를 유지할 것이다.^[3]

발전기 단자 또는 시스템 단자에서 램프 두 개의 연결부가 교환되었다는 점을 제외하고 다른 기법은 위와 유사한 방식을 사용했다. 이 계획에서 발전기가 계통과 동기화 중일 때는 램프 하나가 어둡지만, 교환된 연결부가 있는 두 개의 램프는 밝기가 같을 것이다. 최소 밝기를 식별하기 쉽기 때문에 "밝은" 램프보다 "어두운" 램프에 동기화하는 것이 선호되었다. 그러나 램프 소진 시 성공적인 동기화를 위해 거짓 양성 반응을 보일 수 있다.

싱크로스코프

또 다른 수동 동기화 방법은 시스템과 발전기의 상대적 주파수를 표시하는 "동기식"이라고 불리는 계측기를 관찰하는 것에 의존한다. 싱크로스코프의 포인터는 시스템과 관련하여 발전기의 "빠른" 또는 "느린" 속도를 나타낼 것이다. 발전기 회로 차단기가 닫혀 있을 때 과도 전류를 최소화하려면 바늘이 천천히 위상 내 지점에 접근할 때 닫기를 시작하는 것이 일반적인 관례다. 시스템과 발전기 사이의 몇 가지 전기적 도에 오류가 발생하면 발전기가 순간적으로 돌진해 갑자기 속도가 변경될 수 있다.

동기화 릴레이

릴레이를 동기화하면 기계와 시스템을 자동으로 동기화할 수 있다. 오늘날 이것들은 디지털 마이크로프로세서 기기들이지만, 과거에는 전자기계 릴레이 시스템이 적용되었다. 동기화 릴레이는 프로세스에서 또는 원격 제어 발전소와 같이 사람이 사용할 수 없을 때 사람의 반응 시간을 제거하는 데 유용하다. 수동 사용 또는 발전 장치 모니터링을 위해 자동 릴레이의 보충물로 싱크로스코프 또는 램프가 설치되는 경우도 있다.

때로는 기계와 계통 사이의 스텝이 맞지 않는 연결에 대한 예방책으로, 기계가 계통과 몇 개의 전기적 수준 이내에 있지 않는 한 발전기 회로 차단기를 닫지 못하도록 하는 "신크로 체크" 릴레이가 설치된다. 여러 공급원이 연결될 수 있고 스텝이 맞지 않는 선원이 우연히 병렬로 연결되지 않는 것이 중요한 장소에도 싱크로 체크 릴레이가 적용된다.

동기식 연산

발전기가 동기화되는 동안 시스템의 주파수는 그리드에 연결된 모든 발전 장치의 부하와 평균 특성에 따라 변경된다.^[1] 시스템 주파수의 큰 변화는 발전기가 시스템과의 동기화에서 이탈하게 할 수 있다. 발전기의 보호 장치가 작동하여 자동으로 분리한다.

동기 속도

동기식 모터와 교류 발전기의 동기 속도는 기계의 극의 수와 공급 빈도에 따라 달라진다.

공급 주파수, f, 극의 수, p, 동기 속도(회전장의 속도) 사이의 관계 n은_s 다음과 같이 주어진다.

${\displaystyle f}$= ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ s ${\displaystyle \frac{120}{{}_{}}}$ ${{\$ {$pn_{s}}{120\}}}$.

다음 표에서 주파수는 헤르츠(Hz)로 표시되고 회전 속도는 분당 회전수(rpm)로 표시된다.

참고 항목

• 위상 동기화

참조

원천

• 1937년 영국 맨체스터, 엠모트 앤 컴퍼니 리미티드(Emmott and Company Limited)에서 발행한 전기년도 책, 페이지 53-57과 페이지 72

외부 링크

• 교류 발전기 동기화에 대한 플래시 애니메이션.