동기조상기와 전력용 콘덴서

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 6번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2012년 1차 · 2013년 1차 · 2014년 1차 · 2016년 2차 · 2021년 1차 · 2021년 3차

2 쉬운 설명

동기조상기는 무부하로 운전하는 동기전동기이다. 계자전류를 조절해 무효전력을 공급하거나 흡수한다.

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문항에 따라 계자전류 또는 여자전류라 적으며, 둘 다 과여자와 부족여자를 정하는 전류이다. 역률 1 인 값보다 크게 한 과여자에서는 앞선(진상) 전류가 흘러 콘덴서처럼 작용하고, 이 앞선 전류가 송전선의 뒤진 전류를 상쇄해 역률을 좋게 하며 전압강하를 줄인다. 줄인 부족여자에서는 뒤진(지상) 전류가 흘러 리액터처럼 작용한다.

전압이 일정한 모선에 접속되어 역률 1 로 운전하는 동기전동기를 동기조상기로 쓰는 경우를 보자. 여자전류와 전기자 전류의 관계는 V 자 모양의 곡선(위상특성곡선)이고, 바닥 점이 역률 1 이며 전기자 전류가 가장 작다. 여자전류를 늘리면 과여자가 되어 역률은 앞서고 전기자 전류는 증가한다. 줄이면 부족여자가 되어 뒤진 전류가 흐르며 전류는 역시 커진다.

무부하의 장거리 송전선로는 정전용량 때문에 부하가 없어도 앞선(진상) 충전전류가 흐른다. 이 전류가 발전기에서 증자작용을 일으켜 단자전압이 계속 오르는 것이 자기여자 현상이다. 이런 선로에 동기발전기를 접속할 때 동기조상기를 부족여자로 하면 리액터처럼 뒤진 전류가 흘러 앞선 충전전류를 상쇄하므로 전압 상승이 억제된다.

동기조상기는 축으로 동력을 내보내지 않고 계통에 무효전력만 대 주거나 흡수한다. 그래서 축은 굵을 필요가 없이 비교적 가늘어도 된다. 구조상 특징은 고정자가 수차발전기와 같고, 무효전력을 크게 내고 흡수하려면 계자자속이 커야 하므로 계자 코일이나 자극이 대단히 크며, 기동 시나 이상 진동을 줄이는 안전 운전용 제동권선이 설치되는 것이다.

동기기의 회전수는 전원 주파수 $f$ 와 극수 $P$ 로 정해지는 동기속도 $N_{s}=\frac{120f}{P}$ 이다. 동기조상기는 부하 없이 돌리는 동기전동기라서 회전수가 이 동기속도와 같다. 효율, 역률, 토크는 회전수를 정하는 값이 아니고, 부하나 계자전류가 달라져도 동기속도에서 벗어나지 않으며 조정하는 것은 계자전류이다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 과여자 = 콘덴서, 부족여자 = 리액터.

암기팁 동기조상기는 힘을 안 쓰는 기계 — 무부하 운전이라 축은 가늘어도 된다.

함정 주의 자기여자 현상의 원인은 앞선 충전전류이다. 앞선 전류를 더 흘리는 과여자는 방지책이 아니라 전압이 오르는 쪽으로 작용한다.

과여자로 운전하는 동기조상기에는 앞선 전류가 흐른다. 콘덴서로 작용한다, 송전선의 역률을 좋게 한다, 전압강하를 감소시킨다는 맞는 설명이고, 위상이 뒤진 전류가 흐른다는 보기가 틀린 설명이다. 뒤진 전류는 부족여자에서 흐른다.
무부하 장거리 송전선로에 동기발전기를 접속할 때 자기여자 현상을 막으려면 동기조상기를 부족여자로 한다. 과여자로 하면 앞선 전류가 충전전류에 더해져 전압 상승이 더 커지고, 역률 1 로 일정하게 두면 무효전류를 흘리지 않아 충전전류가 그대로 남는다. 계자전류를 0 으로 하라는 것은 문제가 요구하는 조건이 아니다.
전압이 일정한 모선에서 역률 1 로 운전하는 동기전동기를 동기조상기로 쓸 때 여자전류를 늘리면 역률은 앞서고 전기자 전류는 증가한다. 역률 1 인 점이 전기자 전류의 최저점이므로 줄이는 쪽도 전류는 커지고, 역률이 앞서는 쪽은 늘리는 쪽뿐이다.

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구조상 특이점이 아닌 것, 구조상 특징으로 틀린 것을 고르는 문항에서 답은 「전동기 축은 동력을 전달하는 관계로 비교적 굵다」이다. 동기조상기는 동력을 전달하지 않는 무부하 운전 기계라 축이 굵을 필요가 없다.
동기조상기 구조에 대해 맞는 설명은 셋이다. 고정자는 수차발전기와 같다. 계자 코일이나 자극이 대단히 크다. 안전 운전용 제동권선이 설치된다. 이 셋은 특이점이 아닌 것으로 고르지 않는다.
동기조상기의 회전수를 묻는 문항의 답은 전원 주파수와 극수로 정해지는 동기속도의 식 $N_{s}=\frac{120f}{P}$ 이다. 효율, 역률, 토크는 회전수를 정하지 않는다.

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2013년 1차 전기기기 60번 — 자기여자 방지용 조상기 여자무부하의 장거리 송전선로에 동기 발전기를 접속하는 경우, 송전선로의 자기여자 현상을 방지하기 위해서 동기 조상기를 사용하였다. 이때 동기조상기의 계자전류를 어떻게 하여야 하는가?옳은 것 고르기해설 보기 →2016년 2차 전기기기 56번 — 구조상 특이점이 아닌 것동기 조상기의 구조상 특이점이 아닌 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →2021년 3차 전기기기 59번 — 구조상 특징으로 틀린 것동기조상기의 구조상 특징으로 틀린 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →