개념 한 쪽
단권변압기는 1차와 2차가 하나의 권선을 공유하는 변압기다. 같은 용량으로도 훨씬 큰 부하를 걸 수 있지만, 그 대신 1차와 2차 사이의 전기적 절연이 불가능하다. 이 두 성질이 단권변압기 문제의 중심이다.
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출제기준 단원 「단권변압기」의 공개 문제 1개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 승압기 부하용량 계산 | 1 | 전압차 권선 전류로 단권 부하용량 환산 |
가장 자주 묻는 것은 승압기 부하용량 계산입니다.
단권변압기는 1차 권선과 2차 권선이 별개로 분리되지 않고 하나의 권선을 나누어 공유하는 구조다. 그래서 1차 회로와 2차 회로가 전기적으로 직접 연결되어 있다. 이 구조가 용량을 키우는 이점과 절연을 막는 단점을 동시에 만든다.
부하용량은 고유용량에 비례해 커진다. 승압기로 쓸 때 출력 전류는 직렬로 더해진 권선의 정격 전류로 결정되고, 전압차가 작을수록 부하용량이 커진다. 고유용량이 작아도 전압차가 작으면 큰 부하를 걸 수 있다.
장점은 권선을 공유하는 데서 나온다. 동량이 절감되고, 손실이 적어 효율이 좋으며, 누설 자속이 적어 %임피던스 강하가 작다. 반면 1차와 2차를 전기적으로 절연할 수 없어, 2차 저압측에 이상 전압이 오면 그대로 고압측에 영향을 주고 감전 위험도 생긴다. 절연이 필요한 곳에는 쓸 수 없다.
단권변압기를 3상으로 조합하거나 유도전압조정기로 응용할 때는 결선과 회전자 위치에 따라 전압 관계가 달라진다. △결선은 코일 전압이 선간전압과 같고, Y결선은 선간전압이 상전압의 √3배다. 3상 유도전압조정기는 회전자를 0°에서 180°까지 돌려 직렬권선의 기전력을 가감하므로 출력 조정 범위가 √3(E1±E2)가 된다.
부하용량 문제는 고유용량과 부하용량을 혼동하게 만든다. 1kVA 변압기를 승압기로 쓰면 전압차가 작을수록 부하용량이 커지는데, 이를 그대로 1kVA로 두면 함정에 빠진다. 장단점 문제에서는 절연을 장점으로 뒤집거나, 출력 일치를 병렬 운전 조건으로 넣는 선지가 함정이다. 3상 유도전압조정기는 √3 계수를 빠뜨리거나 최저전압 대신 다른 전압을 대입하게 만든다.
용량 1[KVA], 3000/200[V]의 단상 변압기를 단권변압기로 결선해서 3000/3200[V]의 승압기로 사용할 때 그 부하용량[KVA]는?
정답 ① · 단상 변압기를 단권변압기로 사용할 때의 용량 변화 비율은 (두 전압의 차이) / (높은 전압 쪽)으로 계산합니다. 여기서는 3000[V] 측을 공통으로 하고 3200[V]로 승압하므로, 전압 차이는 200[V]이고 출력 전압은 3200[V]입니다.
단권 변압기 부하용량 = 고유용량 × 높은전압/전압차 = 1 × 3200/200 = 16kVA.
단상변압기 3대로 Y-Y결선했을 때 잘못된 설명은?
정답 ① · 문제는 단상변압기 3대로 Y-Y결선했을 때 틀린 설명을 찾는 것이다. Y결선에서는 선간전압이 상전압의 √3배이므로 상전압은 선간전압보다 작아 절연에 유리하다는 설명이 바뀐 형태로 제시되면 잘못된 것이다.
Y결선은 선간전압이 상전압의 √3배라 상전압이 오히려 작아 절연에 유리하다. ①은 대소관계를 뒤집었다.
부하시 전압 조정 변압기의 설명이 잘못된 것은?
정답 ② · 문항은 부하시 전압조정 변압기에 대한 설명 중 잘못된 것을 묻고 있으며, 문제에 오류 안내가 있지만 여기서는 2번을 정답으로 처리한다. 부하시 전압조정 변압기는 부하전류를 끊지 않고 탭 전환 등으로 전압을 유지하는 장치로, 계통 간에 유효전력·무효전력을 자유롭게 이동시키는 장치는 아니다.
부하시 전압조정 변압기는 부하전류를 끊지 않고 탭 전환으로 전압·부하분담을 유지하는 기기지, 계통 간 유효·무효전력 자유이동 장치가 아니다.
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