개념 한 쪽
변압기는 권선과 철심의 구조, 결선 방식, 운전 조건에 따라 여러 모습을 보인다. 부하시 전압 조정 변압기는 탭을 바꾸어 전압을 조정하고, 단권변압기는 권선을 공유해 승압에 쓰인다. 병렬 운전에서는 권수비와 퍼센트 임피던스, 극성이 맞아야 부하 분담이 용량에 비례한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「변압기의 종류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 단권변압기 승압 부하용량 계산 | 1 | 고유용량과 전압차로 승압 시 부하용량을 구한다 |
| 병렬 운전 조건 판별 | 1 | 퍼센트 강하와 옴값 임피던스의 관계를 가린다 |
| 부하율에 따른 전손실 판단 | 1 | 철손과 동손의 변화 구조로 전손실을 구한다 |
부하시 전압 조정 변압기는 변압기에 부하가 걸려 있는 상태에서도 탭(권선 분기점)을 바꿔 2차 전압을 조정한다. 부하전류를 끊지 않고 권수를 변환하며 계통 전압과 부하분담을 희망값으로 유지한다. 계통 간 유효·무효전력을 자유로이 이동시키는 장치는 아니다.
단권변압기는 1차와 2차 권선이 한 덩어리로 겹쳐져 같은 크기로도 훨씬 큰 부하를 걸 수 있다. 3000/200V 단상 변압기를 단권 결선해 3000/3200V 승압기로 쓰면 200V 권선의 정격전류가 출력 전류를 결정한다. 부하용량은 고유용량 × 높은전압/전압차로 구하며, 예시는 1 × 3200/200 = 16kVA이다.
병렬 운전에서는 권수비와 1·2차 정격전압, 극성이 같아야 순환전류가 흐르지 않는다. 3상이면 상회전 방향과 위상변위도 같아야 한다. 용량에 비례한 전류 분담을 위해서는 퍼센트 저항강하와 퍼센트 리액턴스강하가 같아야 한다. 옴값 임피던스는 용량에 반비례하지만 퍼센트값이 반비례하면 안 된다. 정격 출력(용량)이 같을 필요는 없다.
변압기 손실은 일정손과 가변손으로 나뉜다. 철손 Pi는 부하와 거의 무관한 일정손이고, 동손 Pc는 부하전류의 제곱에 비례하는 가변손이다. 정격의 1/m 부하에서 전손실은 Pi+(1/m)²Pc이다. 최고 효율은 동손과 철손이 같아질 때이며, 부하율은 √(철손/전부하동손)로 구한다. 철손 120W, 전부하동손 270W이면 √(120/270)≈0.667이므로 정격출력의 약 66.7%에서 최고 효율이 된다.
Y결선은 선간전압이 상전압의 √3배라 상전압이 작아 절연에 유리하다. △결선은 코일전압과 선간전압이 같다. △-Y 결선에서 변압비 30:1, 1차 선간전압 3300V이면 2차 코일전압은 110V이고 2차 선간전압은 약 190V이다. 손실 언급이 없으면 이상변압기로 보고 1차 입력과 2차 출력이 같다. 건조법에는 열풍법, 단락법, 진공법 등이 있고, 반환부하법은 온도상승 시험법이지 건조법이 아니다.
변압기의 종류 문제는 정의와 조건을 바꿔 놓는다. 부하시 전압 조정 변압기를 계통 간 유효·무효전력 이동 장치로 설명하면 틀리다. 단권변압기 승압에서 고유용량 1kVA를 그대로 부하용량으로 보면 함정에 빠지고, 전압차 권선의 정격전류가 출력 전류를 결정한다. 병렬 운전에서는 퍼센트 강하와 옴값 임피던스의 관계를 뒤집거나 출력(용량)이 같아야 한다고 하면 틀리다. 손실 문제에서는 동손을 부하비에 단순 비례시키거나 최고 효율 부하율에서 제곱근을 빼면 틀린 선택이 된다. Y결선의 선간전압과 상전압 관계, △-Y 결선의 선간전압 환산, 건조법과 반환부하법의 구분도 함께 확인한다.
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.
변압기의 병렬 운전에 있어서 각 변압기가 그용량에 비례해서 전류를 분담하고, 변압기 상호간에 순환전류가 흐르지 않도록 하기 위해서는 다음의 조건을 만족하여야 한다 그 중에서 합당하지 못한 것은?
정답 ③ · 문항은 변압기 병렬 운전 시 조건 중 부적당한 것을 묻고 있다. 용량에 비례한 전류 분담을 위해서는 권수비와 극성, 정격전압 및 위상변위가 같아야 하고 %저항·%리액턴스 강하도 같아야 한다.
병렬 운전에서 용량 비례 분담의 조건은 %저항·%리액턴스 강하가 '같을 것'이며, 용량에 반비례하는 것은 옴값 임피던스이다.
변압기의 철손이 Pi, 전부하동손이 Pc 일때 정격출력의 1/m 의 부하를 걸었을때 전손실은 어떻게 되는가?
정답 ③ · 문제는 변압기에 정격의 1/m 부하를 걸었을 때 전체 손실을 묻고 있다. 변압기 손실은 일정한 철손 Pi와 부하의 제곱에 비례하는 동손 Pc로 나뉘므로 1/m 부하에서는 철손은 그대로 Pi, 동손은 (1/m)²Pc가 되어 총손실은 Pi+(1/m)²Pc가 된다.
변압기 총손실=일정한 철손 Pi+부하 제곱에 비례하는 동손, 1/m 부하면 Pi+(1/m)²Pc.
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