개념 한 쪽
변압기는 부하를 받으면 철손과 동손이라는 두 손실을 낸다. 결선 방식에 따라 사용할 수 있는 용량도 달라지고, 계기용변성기를 점검할 때는 1차측 처리와 그 이유를 함께 구분해야 한다. 손실의 비례 관계와 결선별 이용률을 정리하면 변압기 운전 문제를 안정적으로 판단한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「변압기의 결선과 운전」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 수력발전 출력 계산 | 1 | 유효낙차와 효율을 반영해 발전기 출력을 구하기 |
| 발전소 열효율 계산 | 1 | 연료 열량과 발전 전력량으로 열효율을 구하기 |
변압기 손실은 무부하 손실인 철손과 부하 손실인 동손으로 나뉜다. 철손은 1차 전압이 일정하면 부하와 관계없이 일정하고, 동손은 부하율의 제곱에 비례해 변한다. 그래서 손실을 W = Wi + x²Wc로 나타내고, 두 부하율에서의 손실이 주어지면 연립해 Wi와 Wc를 구한다.
Δ-Δ 결선은 단상변압기 3대로 3상 전력을 만드는 방식이다. 여기서 1대가 고장 나면 남은 2대로 V-V 결선을 만들어 운전할 수 있지만, 두 대를 모두 100% 활용하지 못하고 약 86.6%인 √3/2만 활용한다. 따라서 V-V 결선 용량은 변압기 2대 용량에 √3/2를 곱해 구한다.
Δ-Δ 결선 변전소에서 부하가 늘어 변압기 1대를 증설하면 2대씩 묶은 V-V 결선 2뱅크로 운전할 수 있다. 이때 한 뱅크의 3상 용량은 단위정격에 √3을 곱한 값이 되고, 뱅크 수를 곱해 전체 용량을 구한다. 단순히 변압기 정격을 모두 더한 값과 구분해야 한다.
계기용변성기는 특고압 회로의 전압과 전류를 계기가 측정할 수 있는 낮은 값으로 바꾸는 기기다. 이를 점검할 때는 1차측을 개방해야 하며, 그 이유는 이상 과전압으로부터 계기와 점검자를 보호하기 위해서다. 1차측을 단락하는 처리와 지락사고 보호라는 이유는 이 상황에 맞지 않는다.
변압기 운전 문제는 철손과 동손의 의존성을 먼저 가른 뒤 결선별 용량 계수를 적용하는 순서로 접근한다. 전압이 일정한지, 부하율이 변하는지, 결선이 Δ-Δ인지 V-V인지를 확인하면 계산 방향이 정해진다.
80% 부하율에서 손실이 53.4kW이고 60% 부하율에서 손실이 36.6kW인 변압기를 생각한다. Wi + 0.64Wc = 53.4와 Wi + 0.36Wc = 36.6을 빼면 0.28Wc = 16.8이므로 Wc = 60kW이고, Wi = 15kW가 된다. 40% 부하율의 손실은 15 + 0.16×60 = 24.6kW로 구한다.
Δ-Δ 결선으로 굴리던 150kVA 단상변압기 3대에서 1대가 고장 나 V-V 결선으로 바꾸면 남은 2대에 √3/2를 적용한다. 150×2×0.866을 계산하면 약 260kVA가 된다. Δ-Δ 전체 용량인 450kVA와 구분해 판단한다.
수력발전소의 댐의 설계 및 저수지 용량 등을 결정하는데 사용되는 것은?
정답 ④ · 문항은 댐 설계와 저수지 용량 결정을 위해 사용되는 곡선을 묻고 있다. 저수지 용량 산정에는 시간에 따라 유량을 누적한 적산유량곡선(cumulative flow hydrograph)을 사용하여 필요한 저수량을 산정한다.
댐 설계와 저수지 용량 결정에는 유량을 시간에 따라 누적해 그린 적산유량곡선을 사용한다.
화력발전소에서 1톤의 석탄으로 발생시킬 수 있는 전력량은 약 몇 KWh 인가? (단, 석탄 1Kg의 발열량은 5,000 kcal, 효율은 20%이다.)
정답 ③ · 문항은 석탄 1톤으로 화력발전소에서 발생할 수 있는 전력량을 계산하는 문제이다. 계산식은 발전량[kWh] = (질량(kg) × 발열량(kcal/kg) × 효율) ÷ 860이다.
발전량 = 석탄 총발열량 × 효율 ÷ 860kcal, 즉 5,000,000×0.2÷860 ≈ 1,160kWh → ③
총낙차 300m, 사용수량 20m³/s인 수력발전소의 발전기 출력을 약 몇 [MW]인가? (단, 수차 및 발전기효율은 각각 90%, 98%이고 손실 낙차는 총낙차의 6%라 한다.)
정답 ① · 문제는 유효낙차와 효율을 고려해 수력발전기의 출력을 구하는 문제이다. 먼저 손실 낙차 6%를 빼어 유효낙차 H = 300×0.94 = 282 m로 정하고, P(kW)=9.8×Q×H×η수차×η발전기 = 9.8×20×282×0.9×0.98을 계산하면 약 48,750 kW ≈ 49 MW가 된다.
수력 출력 P = 9.8QHη[kW]이며, H는 손실을 뺀 유효낙차(총낙차 × (1 − 손실률))다.
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