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호재 예
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1 제 15 장수력발전 분류 no. 문제 회수 배점 베르누이 1 베르누이정리를설명하시오 베르누이 2 동수력학에서베르누이의정리 (Bernouli's theorem) 를설명하시오 출력공식 3 아래와같은수력발전소의출력 (Output) 을구하는공식을쓰시오 ( 단, 낙차 H[m], 유 량 Q[ m3 /s], 효율η[%]) 조압수조 4 수력발전소에설치되는조압수조 (Surge Tank) 의종류에대하여설명하시오 조압수조 5 수력발전의경우부하의급격한변동으로사용수량이급변할때압력수로와수압관 내에직접적인피해를줄이도록압력수로와수압관사이에설치하는설비는무엇인 비속도 6 수차의비속도 ( 특유속도 ) 를정의하고수차의종류와비속도및그사용한계를약술 공동현상 7 수력발전에서캐비테이션현상에대하여기술하시오 공동현상 8 케비테이션계수와케비테이션방지대책에대하여설명하시오 공동현상 9 수차의캐비테이션현상발생원인과방지대책을논하시오 워터해머링 10 수력발전소수압관에생기는 Water Hammering에대하여기술하시오 수차회전수 11 수력발전소를설계할때수차의회전속도의결정과정을설명하시오 수차회전수 12 수차의회전속도의결정방법을설명하고수차의회전수가규정회전수보다저하하였을경우에는어떤영향이있겠는가? 단, 수차의여러가지형식과수차의종류와 Ns 및그사용한계는표1, 표2와같다 표 1. 수차의여러가지형식 낙차와출력 낙차와출력 13 중점도낙차의수력발전소에서유효낙차가변화하였을때그것에의하여수차의최대출력은어떻게변화하는가? 단, 수차효율은일정하다고한다. 14 수력발전소에서유효낙차와수차의효율이각각 10[%] 씩저하했다고하면출력은몇 % 가되는가? 단, 안내날개의개도는변하지않았다고가정함 무구속속도 15 전부하운전중의수차가돌연무부하로되었을때도달하는최대회전수를무엇이라 하는가? ( 단, 수차니들밸브의開度및流量은不度 ) 조속기 16 수차발전기부속설비중조속기에대해 1) 원리 2) 구조별기능 ( 기계식 ) 3) 속도조 정율과계통주파수조정과의관계에대해설명하시오 조속기 17 수력발전소설비중조속기 (Governor) 에대한아래사항을설명하시오 ) 구성장치및기능 2) 종류및개략도 3) 조속기와속도조정률및속도변동률과의상호연관성 속도 18 수차의정격출력 20MW, 발전기의정격용량 20MVA, 회전수가 300rpm인수차발전 변동율 기가있다. 이것의합성단위관성정수가 6.5(kW s/kva) 이고수차의조속기부동시간 (dead time) 은 0.4초, 폐쇄시간 (closing time) 은 2.5초이다. 전부하시돌연사고에의해급히무부하로되었을경우의최대속도상승률을구하시오. ( 단, 수차에가해지는수압변동율은무시한다.) 축세륜 19 축세륜효과에대하여설명하시오 수력발전 20 경사 1/2000 긍장 4[km] 의수로식발전소가있다. 취수구와방수구의고저차 [m] 수압관의손실낙차 2[m] 방수구의손실낙차 1[m] 최대사용수량매초당 60[ m3 ] 로하면 1) 발전소에서생산할수있는최대출력은얼마 [kw] 인가? (15점) 2) 연부하율60[%] 로운전시연간발생전력량은얼마인가? [kwh] (10점) 수력발전 21 가 ) 경사로 1/1000, 긍장 5km의수로식발전소가있다. 취수구와방수구와의고저차를 200m, 손실낙차를 2m라고할때, 매분최대사용수량이 450m 3 라면, 이발전소에서발생할수있는최대출력을구하시오. 나 ) 년간발생전력량을구하시오. ( 단, 수차효율 = 86%, 발전기효율 = 90%, 년간부하율 = 65%) 페이지중 1 페이지

분류 no. 문제 회수 배점 수력발전 22 상시출력 100,000[kW] 상시첨두출력 150,000[kW] 8시간계속발전가능한조정 71 25 지식수력발전소가있다.

유효낙차 47[m] 의수력발전소를설계할경우, 1) 연간발전량 [kwh] 2) 연간발전소이용율 [%] 을구하시오. ( 단, 수로길이 4[ km ], 경사, 수차효율 85[%], 발전기효율 95[%], 수압관손실낙차 3.

5[m] ) 89 10 유황곡선 24 그림과같은유황곡선을가진하천에서최대 78 10 사용수량 110[m3/s], 최소사용수량50[m3/s], 유효낙차 70[m] 의수력발전소를설계할경우아래사항을구하시오.

(1) 발전소출력 (2) 연간발전소전력량 (3) 연간발전소이용률 수력발전 25 93 25 수력발전 26 93 10 양수발전 27 양수발전소의운영목적을설명하시오.

2 분류 no. 문제 회수 배점 수력발전 22 상시출력 100,000[kW] 상시첨두출력 150,000[kW] 8시간계속발전가능한조정 지식수력발전소가있다. 평균유효낙차 80[m] ηg ηt: 80% 저수면적 180,000[ m2 ] 으로단면적이일정하다면위와같은운전을실시할경우수심은몇 [m] 유황곡선 23 아래와같은유황곡선을갖고있는하천에서최대사용수량 100[m3/s], 유효낙차 47[m] 의수력발전소를설계할경우, 1) 연간발전량 [kwh] 2) 연간발전소이용율 [%] 을구하시오. ( 단, 수로길이 4[ km ], 경사, 수차효율 85[%], 발전기효율 95[%], 수압관손실낙차 3.5[m], 방수구손실낙차 1.5[m] ) 유황곡선 24 그림과같은유황곡선을가진하천에서최대 사용수량 110[m3/s], 최소사용수량50[m3/s], 유효낙차 70[m] 의수력발전소를설계할경우아래사항을구하시오. 단, 수차효율 ηt는 87[%], 발전기효율 ηg는 96[%] 이다. (1) 발전소출력 (2) 연간발전소전력량 (3) 연간발전소이용률 수력발전 수력발전 양수발전 27 양수발전소의운영목적을설명하시오 양수발전 28 우리나라양수발전소의현황과건설목적에대하여설명하시오 양수발전 29 전력계통의운용에유익한양수발전소의기능과특징을설명하시오 양수발전 30 양수발전소의목적과양수발전소건설지점선정에고려해야할사항을열거설명하 고, 발전전동기기동방법의종류를열거하시오. 양수발전 31 가역펌프수차가양수용발전수차로서보급된이유와양수발전소의최근기술에대하 여논하시오. 양수발전 32 양수발전소의효율계산식을표시하고각변수들에대하여설명하시오 양수발전 33 실제양정 200[m], 손실양정 5[m], 펌프효율 86[%], 전동기효율98[%] 인양수발전소에서 [ m3 ] 의물을양수하는데소요되는양수전력량을구하라. 단, 양수시 페이지중 2 페이지

3 [ 연속의정리 ] [ 유수의에너지 ] 35 페이지중 3 페이지

4 [ 베르누이의정리 ] 35 페이지중 4 페이지

5 [ 토리첼리의정리 ] 35 페이지중 5 페이지

6 [ 수력발전소의출력 (Output) 을구하는공식 ] 효율을고려한출력식은 P = 9.8 Q H η [KW] 이다. [ 수력발전의특징과기능 ] 35 페이지중 6 페이지

7 35 페이지중 7 페이지

8 [ 유량도 ] [ 유황곡선 ] 35 페이지중 8 페이지

9 35 페이지중 9 페이지

10 [ 조압수조 ] 1. 조압수조의기능 2. 종류 35 페이지중 10 페이지

11 3. 종류별특징 35 페이지중 11 페이지

12 [ 수차의특성 ] 1. 특유속도 ( 비속도 ) 3) 수차종류별 N S 한계치 35 페이지중 12 페이지

13 2. 캐비테이션 ( 공동현상 ) 35 페이지중 13 페이지

14 3. 수격 (Water Hammering) 작용 4. 수차의효율 35 페이지중 14 페이지

15 [ 낙차에따른수차종류 ] 1. 낙차에따른수차의종류 2. 수차의종류별특성 35 페이지중 15 페이지

16 35 페이지중 16 페이지

17 35 페이지중 17 페이지

18 [ 수차의회전속도결정방법 ] 35 페이지중 18 페이지

19 [ 수차의회전속도의결정방법을설명하고수차의회전수가규정회전수보다 저하하였을경우에는어떤영향이있겠는가? 단, 수차의여러가지형식과 수차의종류와 Ns 및그사용한계는표 1, 표 2 와같다.] 1. 회전속도결정방법은상기참조 2. 회전수저하시발생현상 1) 발전기주파수가저하한다. 2) 발전기기전력이저하한다.(E = 4.44 K W f N Φ m ) 3) 발전기전압이감소하므로출력도저하한다. 4) 일반적으로효율이저하한다. 5) 회전수가현저하게저하하면조속기에의한속도조정이원활하게이루어지지않는다. 6) 일반적으로기계적불평형에의한진동을감소한다. 7) 발전기주파수의저하에따라펌프기타부속설비의성능이저하한다. [ 낙차와기타물리량과의관계 ] 35 페이지중 19 페이지

20 [ 수력발전소에서유효낙차와수차의효율이각각 10[%] 씩저하했다고하면 출력은몇 % 가되는가? ( 단, 안내날개의개도는변하지않았다고가정함 )] 수력발전기출력 P = 9.8 Q H η 에서 Q = A V = A * (2gH) 이므로 H 1/2 에비례하므로 P = K H 3/2 η H 3/2 η P' = (0.9H) 3/2 0.9η = * 0.9 = 0.768P [ 무구속속도 ] 35 페이지중 20 페이지

21 [ 조속기 ] 35 페이지중 21 페이지

22 35 페이지중 22 페이지

23 35 페이지중 23 페이지

24 제15장수력발전.xls [ 수차의정격출력 20MW, 발전기의정격용량 20MVA, 회전수가 300rpm인수차발전기가있다. 이것의합성단위관성정수가 6.5(kW s/kva) 이고수차의조속기부동시간 (dead time) 은 0.4초, 폐쇄시간 (closing time) 은 2.5초이다. 전부하시돌연사고에의해급히무부하로되었을경우의최대속도상승률을구하시오. ( 단, 수차에가해지는수압변동율은무시한다.)] [ 축세륜효과 ] 1. 정의질량을가진바퀴를축에붙여서회전시키면회전력을정지해도바퀴가바로정지하지않코일정시간회전하다정지한다. 이유는회전시킬때바퀴에에너지가회전력으로저장되기때문임 ( 플라이휠효과와같은뜻이다.) 2. 효과 : 난조방지 1) 회전이고르게유지되도록함 2) 힘의맥동을평활시켜줌 3. 관련식 1) 원판상의경우 D O : 직경, m : 질량 35 페이지중 24 페이지

25 G D 2 = 1/2 * m * D O 2 [KG m 2 ] 2) 원통상의경우 DO : 직경, Di : 내경 m : 질량 G D 2 = 1/2 * m * (D O 2 - Di 2 ) [KG m 2 ] 4. 적용 수차발전기는그림과같이돌극형으로제작하므로축세륜효과가크다. [ 경사 1/2000 긍장 4[km] 의수로식발전소가있다. 취수구와방수구의고저차 200[m] 수압관의손실낙차 2[m] 방수구의손실낙차 1[m] 최대사용수량매초당 60[ m3 ] 로하면 1) 발전소에서생산할수있는최대출력은얼마 [kw] 인가? (15점) 2) 연부하율60[%] 로운전시연간발생전력량은얼마인가? [kwh] (10점) 단, 수차의효율은 87[%] 발전기효율은 95[%] 로한다.] L θ h 1. 총유효낙차를구하면 tan θ = h / L = 1/2,000 경사로손실낙차 h = L tan θ = 4,000 * 1/2,000 = 2m 총손실낙차 = = 5m 총유효낙차 : = 195m 2. 발전기출력 P = 9.8 Q H η T η G = 9.8 * 60 * 195 * 0.87 * 0.95 = 94,767[KW] 3. 년간발생전력량 W = P * 부하율 * 365일 * 24H = 94,767 * 0.6 * 365 * 24 = 498,095,352[KWH] 35페이지중 25페이지

26 제15장수력발전.xls [ 상시출력 100,000[kW] 상시첨두출력 150,000[kW] 8시간계속발전가능한조정지식수력발전소가있다. 평균유효낙차 80[m] ηg ηt: 80% 저수면적 180,000[ m2 ] 으로단면적이일정하다면위와같은운전을실시할경우수심은몇 [m] 까지사용하면되는가?] 1. 조정지식발전소의개념상시출력발전에필요한물은자류에의해보충하고, 상치첨두출력에필요한물은자류 + 조정지저장량에의해발전하는방식이다. 2. 계산 P = 9.8 Q H η T η G = 9.8 * Q * 80 * ,000 = 9.8 * Q 1 * 80 * 0.8 Q 1 = 159[ m3 /s] 150,000 = 9.8 * Q 2 * 80 * 0.8 Q 1 = 239[ m3 /s] 따라서조정지용량 W = (Q2 - Q1) * 8h * 3600s = 2,304,000m3이용수심 H = W/S = 2,304,000 / 180,000 = 12.8m 아래와같은유황곡선을갖고있는하천에서최대사용수량 100[m3/s], 유효낙차 47[m] 의수력발전소를설계할경우, 1) 연간발전량 [kwh] 2) 연간발전소이용율 [%] 을구하시오. ( 단, 수로길이 4[ km ], 경사, 수차효율 85[%], 발전기효율 95[%], 수압관손실낙차 3.5[m], 방수구손실낙차 1.5[m])] 1. 발전소의최대출력 P m = 9.8 Q H η T η G = 9.8 * 100 * 47 * 0.85 * 0.95 = 37,194[KW] 2. 1년간의총사용수량 Q = 100[ m3 /s] * 100[ 일 ] + 20[ m3 /s] * 265[ 일 ] + 1/2(80[ m3 /s] * 265[ 일 ]) = 25,900[ m3 /s * 일 ] 3. 1년간발전전력량 W = 9.8 Q H η T η G * 24H = 9.8 * 25,900 * 47 * 0.85 * 0.95 * 24 = 231,195[MWH] 4. 발전소이용율이용율 = 1년간발전전력량 / 최대출력으로 1년간발전전력량 = 231,195 *103 / (37,194 * 24 * 365) = 0.71 = 71% 35 페이지중 26 페이지

27 1. 문제조건에따라수량변화를그리면아래그림과같다. 25[ m3 /s] 15[ m3 /s] 자연하천유량이 15[ m3 /s] 이므로 V[ m3 ] = (15 - Q 2 )[ m3 /s] * ( )[H] * 3,600[s] V[ m3 ] = (15 - Q 2 )[ m3 /s] * ( )[H] * 3,600[s] 이저수량을첨두부하시에모두사용한다고하였으므로 V[ m3 ] = {(Q 1-15)[ m3 /s] * 5[H] + (24-15) * 3[H]} * 3,600[s] 15[ m3 /s] 를기준으로하여상. 하부면적이같으면된다. (15-Q 2 )[ m3 /s]*(24-3-5)[h]*3,600[s]={(q 1-15)[ m3 /s]*5[h]+(24-15)*3[h]}*3,600[s] 문제에서조정지유효저수량 V = 216,000[ m3 ] 이라하였으므로 216,000 = (15 - Q 2 ) * 16H * 3,600s = 864,000-57,600Q 2 Q 2 = 11.25[ m3 /s] 216,000 = {(Q 1-15) * 5H + (25-15) * 3H} * 3,600s 216,000 / 3,600s = 5Q Q 1 = 18[ m3 /s] 2. 문제에서출력은유량에비례한다하였으므로 P 1 = 30,000 * 18/25 = 21,600[KW] 35 페이지중 27 페이지

28 P 2 = 30,000 * 11.25/25 = 13,500[KW] 3. 양수전력 P P = 9.8 Q H / η pm = 9.8 * 18 * 204 / 0.65 = 55,362.4[KW] 여기서 Q = 18[ m3 /s] H = (200 * 0.02) = 204m 1. 수차의종류와비속도및사용한계 1) 유효낙차가 85m 이므로프란시스수차채택 2) 비속도산출 3) 사용한계 4) 회전수산출 = N (100 * 10 3 ) 1/2 / 85 5/4 N = [rpm) 5) 극수산출 P = 120 f / N = 120 * 60 / = 40극 6) 동기속도산출 N S = 120 f / P = 120 * 60 / 40 = 180[rpm] 7) 다시비속도관계식의회전수 N에위에서산출한동기속도를대입하여검증 2. 화력발전소의출력 1) 1일간부하에공급해야할전력량 = 80[MW] * 24[H] = 1,920[MWH] 2) 수력발전소 1일간발전전력량 = 50[MW] * 20[H] + 70[MW] * 4[H] = 1,280[MWH] 3) 화력에서감당해야할전력량 = 1,920-1,280 = 640[MWH] 4) 결론수. 화력을가장경제적으로운영하려면화력을기저부하수력을첨두부하운전을시키면된다. 해서화력은부하율 100% 로운전 640/24H = 26.7[MW], 문제에서부하율 75%, 평균부하 80MW이므로부하의최대전력은 80/0.75 = 106.7MW이다. 수력발전소의최대출력이 100MW이이고, 화력이 26.7MW이므로최대부하운전에대한 106.7MW 감당가능 35 페이지중 28 페이지

29 [ 양수발전 ] 35 페이지중 29 페이지

30 35 페이지중 30 페이지

31 35 페이지중 31 페이지

32 35 페이지중 32 페이지

33 35 페이지중 33 페이지

34 35 페이지중 34 페이지

35 [ 실제양정 200[m], 손실양정 5[m], 펌프효율 86[%], 전동기효율 98[%] 인 양수발전소에서 [ m3 ] 의물을양수하는데소요되는양수전력량을 구하라. 단, 양수시간은 8 시간임 ] 1. 유효낙차산출 H = H O + H L = = 205m 2. 초당유량산출 Q = V / T = 3 * 10 6 m3 / 3600s * 8H = 104.2[ m3 /s] 3. 양수전력산출 = 9.8 * * 205 / (0.86 * 0.98) = 248.4[MW] 4. 양수전력량산출 W P = P P * T = * 8 = 1,990[MWH] 35 페이지중 35 페이지

REVIEW CHART

Rev.6, 29. June 2015 보호및절연협조 2015. 06. 29 한국철도시설공단 REVIEW CHART 1 2 Ω 3 4 5 6 단락보호과전류방식 단락보호 지락보호비율차동방식 단락보호과전류방식 지락보호지락과전류 7 8 9 10 I inrush FLA 배at sec 11 12 I pickup Slope P I n 여기에서 I n 변류기 차정격전류