[논문]화학 플랜트에서의 비상발전기 용량선정 방안(PG3)에 관한 연구

이승재; 조만영; 김세용; 김은태; 강병욱; 박한민; 김재철

doi:10.5207/jieie.2015.29.12.055

화학 플랜트에서의 비상발전기 용량선정 방안(PG3)에 관한 연구
Study on Emergency Generator Capacity Selection(PG3) in the Chemical Plant 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.29 no.12, 2015년, pp.55 - 60

이승재 , 조만영 (조엔지니어링) , 김세용 (조엔지니어링 계통기술팀) , 김은태 (조엔지니어링 계통기술팀) , 강병욱 (숭실대학교 대학원) , 박한민 (숭실대학교 대학원 전기공학과) , 김재철

Abstract ▼ AI-Helper

PG and RG methods are widely known method for calculating the capacity of the emergency generator in construction electrical installation. PG and RG methods are mainly used as a saving a life, fire protection, fire fighting in construction. Because no long distance between the emergency generator and electric motor feeder, the relatively small motor power in construction electrical installation, the capacity of generator in PG and RG methods are little problem of voltage and reactive power of generator. However in many cases the application of the PG and RG method is difficult in the Chemical Plant because it is long distance between the generator and the motor Feeder and motor capacity is very large. Motor starting power factor is about 0.2 lagging power factor and motor starting current is about 6times during motor staring. Also Most of the staring current component is a reactive power component. therefore, it is many cases that lack of reactive power and excess of allowable voltage drop limit and After selection of emergency diesel generator, problems happen during motor starting. Therefore, to be selection of effective emergency generator, active generator power, reactive power and the required reactive power during large motor starting should be considered in chemical plant. It is also required of the verification process through simulation because hand calculation is very difficult considering study cases.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 비상 발전기 용량선정을 위한 PG법의 적용 시 최대용량 전동기 기동 중 전동기 단자전압을 확인하고, 전동기 기동에 필요한 비상 발전기 무효전력 출력량을 비상 발전기 용량선정에 고려해 보고자 한다. 또한 실제 현장에서 계산된 비상 발전기 용량과 제안된 방법에 의한 비상 발전기 용량을 비교 분석하기 위하여 산업용에서 널리 이용되고 있는 ETAP(Electrical Transient Analyzer Program)을 이용하여 비상 발전기의 적정성을 확인한다.

제안 방법

다음 3가지 경우에 대하여 유효전력, 무효전력, 피상 전력을 각각 구분하여 표 7에 비교 검토하였다. 370kW 전동기 전전압 기동 중 비상 발전기 무효전력공급에 문제가 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 비상 발전기 용량선정을 위한 PG법의 적용 시 최대용량 전동기 기동 중 전동기 단자전압을 확인하고, 전동기 기동에 필요한 비상 발전기 무효전력 출력량을 비상 발전기 용량선정에 고려해 보고자 한다. 또한 실제 현장에서 계산된 비상 발전기 용량과 제안된 방법에 의한 비상 발전기 용량을 비교 분석하기 위하여 산업용에서 널리 이용되고 있는 ETAP(Electrical Transient Analyzer Program)을 이용하여 비상 발전기의 적정성을 확인한다.

대상 데이터

본 논문은 실제 진행 중인 화학 플랜트 사례를 기준하였다. 독립된 계통에서 비상 발전기 용량선정은 부하 종류, 크기, 수량 등에 따라 PG법의 적용이 달라질 수 있다.
상기의 3가지 용량선정법 중 최대 용량인 PG3을 비상 발전기 용량선정의 기준값으로 선정하고 실제 적용용량은 발전기 제작사 표준을 고려하여 3300 KAA를 선정하였다. 비상 발전기 선정용량과 정상부하시 비상 발전기 운전용량은 각각 표 4 및 표 5와 같다.

성능/효과

다음 3가지 경우에 대하여 유효전력, 무효전력, 피상 전력을 각각 구분하여 표 7에 비교 검토하였다. 370kW 전동기 전전압 기동 중 비상 발전기 무효전력공급에 문제가 있음을 확인하였다.
4.1절과 4.2절로부터 대용량 전동기 전전압 기동 중 전압강하뿐만 아니라 비상 발전기 무효전력의 검증이 매우 중요함을 확인하였다.
상기 본 절에 기술한 바와 같이 PG법에 의한 비상 발전기 용량선정의 적용이 어려운 경우가 있다는 것을 확인할 수 있다. 발전기 연속운전 중 전압은 +/-5% 이내, 주파수는 +/-2% 이내에서 운전되어야 하고 이를 벗어난 운전범위에 엄격한 시간제한이 부과되어야 한다[9-10].
상기와 같이 대규모 비상 계통 내 비상 발전기 용량 선정 시에는 피상전력이 기준이 되는 PG법의 적용에 한계가 있음을 확인하였다. 그러므로 화학 플랜트와 같은 대규모 비상 계통 내 비상 발전기는 유효전력과 무효전력이 모두 고려되어야 한다는 것을 제안할 수 있다.
또한 유도전동기 기동은 큰 폭의 전압감소를 야기하고, 이 전압강하는 유도전동기 기동 토크 부족의 원인이 된다[5]. 이러한 이유로 PG법, RG법으로 비상 발전기 용량을 적용하는데 한계가 있음을 확인하였다. 또한 고조파 발생부하 비율이 작다는 것을 고려하면 화학 플랜트에서는 PG3법에 의해 선정된 비상 발전기의 피상전력이 가장 큰 경우가 대부분이다.
전압 변화에 따른 부하의 용량변화는 무시하고, 4.1절 및 4.2절에서 제시된 결과를 종합적으로 고려하면 비상 발전기 정격 출력은 최소한 유효전력 2249kW, 무효전력 2590kVAR 이상이 되어야 함을 알 수 있다. 따라서 비상 발전기 최소용량의 피상분 전력은 3430kVA, 역률은 0.
표 7로부터 PG3 방법으로 선정한 비상 발전기 용량에서 유효전력은 적용이 가능하나, 무효전력은 부족하다는 것을 알 수 있다. 즉 370kW 전동기 기동 중 필요한 발전기 무효전력 출력은 2590kVAR이나, 선정된 발전기 무효전력 출력은 1980kVAR이 되므로, 610kVAR 정도가 부족함을 알 수 있다.

후속연구

각 산업 플랜트에서 전동기 기동에 대한 검토는 해당 모선의 최대 용량 전동기를 최종 기동하여 최악의 상태를 고려하는 것이 일반적이다. 그러나 각 플랜트 공정을 고려하여 가능한 범위 내에서 전동기 기동 순서 등을 적절하게 하고, 신뢰성 및 경제성을 고려하여 실제적인 검증이 필요할 것으로 판단된다.
본 논문은 화학 플랜트 내 독립계통뿐만 아니라 전전압기동이 주로 사용되는 소규모 독립계통이 구성되는 산업 플랜트에 전반적으로 참고할 수 있는 자료가 될 것으로 생각된다. 각 산업 플랜트에서 전동기 기동에 대한 검토는 해당 모선의 최대 용량 전동기를 최종 기동하여 최악의 상태를 고려하는 것이 일반적이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	화학 플랜트의 경우 PG법과 RG법 적용이 어려운 이유는 무엇인가?	그러나 화학 플랜트의 경우는 유도 전동기 용량이 큰 경우가 많다. 또한 비상 발전기와 전동기 부하까지의 거리가 비교적 길고, 전동기 기동방법은 전전압 기동이 대부분이다. 비상발전 계통에서 유도 전동기의 기동중인 상태는 극심한 지상부하인 상태임과 동시에 동기발전기의 독립운전 형태이고, 발전기에서는 전기자 반작용이 심화되는 상태인 것이다[3]. 또한 무효전력(Q) 전송은 전압(E)과 매우 밀접하고, Q ∝ E2 관계가 존재한다[4]. 또한 유도전동기 기동은 큰 폭의 전압감소를 야기하고, 이 전압강하는 유도전동기 기동 토크 부족의 원인이 된다[5]. 이러한 이유로 PG법, RG법으로 비상 발전기 용량을 적용하는데 한계가 있음을 확인하였다.
	비상 발전기 용량선정을 위해 사용하는 방법은 무엇인가?	따라서 화학 플랜트에서는 비상 발전기 용량도 상당히 큰 경우가 많다. 이때 비상 발전기 용량선정을 위해 일반 건축물에서 사용되는 비상 발전기 용량 계산법인 PG 법, RG법을 많이 사용해왔다. 일반건축물에서는 비상 발전기에서 부하까지의 거리가 길지 않다.
	유도전동기 기동 시 발생하는 문제는 무엇인가?	또한 무효전력(Q) 전송은 전압(E)과 매우 밀접하고, Q ∝ E2 관계가 존재한다[4]. 또한 유도전동기 기동은 큰 폭의 전압감소를 야기하고, 이 전압강하는 유도전동기 기동 토크 부족의 원인이 된다[5]. 이러한 이유로 PG법, RG법으로 비상 발전기 용량을 적용하는데 한계가 있음을 확인하였다.

참고문헌 (10)

Ho-Jun. Lee, "A study on selection methods of emergency generator capacity for various building electrical loading system", M.S. dissertation, Hanyang University, 2015. 2.
KOREA LAND & HOUSING CORPORATION, "A Study on the Capacity Estimation Methods for the Emergency Electric Generators", 1995.12.
Sang-Don. Kim, "The Research of Industrial Plant Synchronous Generators Operation Characteristics and Performance Tests", M.S. dissertation, Korea University, 2014. 6.
P. Kundur, Power System Stability and Control, McGraw-Hill, Inc., pp. 224, pp254, 1994.
WAYNE T.HOAN, and MARK CHOW, "Transient Stability Analysis for Sohio Prudhoe Bay Eemeragency Power System", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-22, No.4, p.430-p.434, May/June 1986.

상세보기
M.M.Adibi, and D.P.Milanicz, SM, "Reactive Capability Limitation of Synchronous Machines", IEEE Transactions on Powr systems, Vol.9, No.1, p.29-p.40, February 1994.

상세보기
J. Y. JACKSON, "Interpretation and Use of Generator Reactive Capability Diagram", IEEE Transactions on Industry and General Applications, Vol. IGA-7, No.6, p.729 - p.732, November/December 1971.

상세보기
"IEEE Recommended Practice for Industrial and Commercial Power System Analysis", 9.2.2, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. IEEE Std 399-1997.
"IEEE Guide for Abnormal Frequency Protection for Power Generating Plants", 4.2.2, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. IEEE Std C37.106-2003.
"Rotating electrical machines-Part 3 : Specific requirements for synchronous generators driven by steam turbines or combustion gas turbines, 4.6", The International Electro-technical Commission(IEC). IEC 60034-3-2007.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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