개념 한 쪽
변압기를 3대로 묶어 3상으로 쓰면 결선 방식에 따라 선간전압과 상전압의 관계, 각변위, 고조파의 통로가 달라진다. 단상변압기 2대만으로 3상을 만드는 V결선에서는 1대가 담당하는 용량이 부하 전체와 같지 않다. 단권변압기는 권선을 겹쳐 쓰므로 같은 크기로도 더 큰 부하를 걸 수 있다.
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출제기준 단원 「변압기의 극성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| Y-Y결선 특성 판별 | 1 | 선간전압과 상전압의 대소관계 및 Y-Y의 특징 가리기 |
| △-Y 결선 전압 계산 | 1 | 변압비와 결선 조건으로 2차 선간전압 환산하기 |
| V결선 1대 용량 산정 | 1 | 피상효율을 반영한 부하용량에서 변압기 1대 용량 구하기 |
Y결선에서는 선간전압이 상전압의 √3배가 된다. 각 코일에 걸리는 상전압은 선간전압을 √3으로 나눈 값이므로 코일이 감당하는 전압이 작아진다. 반대로 Δ결선은 선간전압과 상전압이 같다. 결선 특성을 물을 때 대소관계를 뒤집는 선지가 단골 함정이 된다.
Y-Y결선은 중성점 접지를 할 수 있어 4선식으로 쓸 수 있고, 운전 방식을 바꾸어 V결선이나 역V결선으로도 쓸 수 있다. 다만 제3고조파 전류가 통할 통로가 없어 유도장해를 일으킬 수 있다. 1차와 2차의 각 상전압 위상은 서로 같다.
결선마다 1차와 2차 선간전압의 위상차인 각변위가 정해진다. △-△결선은 2차 전압 벡터가 1차 대응 벡터와 반대 방향이 되어 각변위가 180°가 된다. Y-△결선은 30°가 된다.
단상변압기 2대로 3상 부하를 공급하면 V결선이 된다. V결선에서 변압기 1대에는 선간전압과 선전류가 그대로 걸리므로 1대의 용량은 V×I가 되고, 3상 전력식 P=√3·V·I·cosθ를 대입하면 1대의 최소용량은 P/(√3cosθ)가 된다. 3상 부하용량을 기준으로 보면 1대는 부하의 1/√3, 2대 합은 2/√3을 담당한다.
단권변압기는 1차와 2차 권선이 일부 겹쳐 있어 코어를 여기시키는 자기부분만 실제 부담한다. 그래서 자기용량은 전달용량에 (1－변환비)를 곱해 구한다. 승압기로 쓸 때는 직렬로 더한 권선의 정격전류가 출력 전류를 결정하므로, 부하용량은 고유용량에 높은 전압을 전압차로 나눈 값을 곱해 구한다.
변압기 철심은 자기포화 때문에 여자전류가 왜곡되고, 그 주성분은 제3고조파다. 3고조파는 세 상이 같은 위상으로 흐르는 성질이 있어 Y결선 선로에서는 흐르지 못하고, 저압측이 Δ결선이면 그 폐회로 안에서만 순환전류가 된다.
△-Y 결선에서 변압비가 30:1이고 1차 선간전압이 3300V이면, 1차는 △이라 코일전압이 선간전압과 같은 3300V이다. 2차 코일전압은 3300÷30=110V이고, 2차는 Y이라 선간전압은 110×√3≈190V가 된다.
22kW 3상 유도전동기를 단상변압기 2대의 V결선으로 운전할 때 피상효율이 0.75라면, 필요한 피상전력은 22÷0.75≈29.33kVA이고 1대당 용량은 29.33÷√3≈16.9kVA가 된다.
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.
변압비 30 : 1의 단상변압기 3대를 1차 △, 2차 Y로 결선하고, 1차에 선간전압 3300[V]를 가했을 때 무부하 2차 선간 전압[V]은 약 얼마인가?
정답 ④ · △-Y 결선 변압기에서 1차 선간전압은 1차 코일에 걸리는 상전압과 같습니다(△결선). 1차 선간전압 3300[V]가 코일에 인가되므로, 2차 코일의 전압은 3300[V] / 30 = 110[V]입니다.
△-Y 변압기: 1차 코일전압=선간전압 3300V, 2차 코일 110V, Y 선간=110×√3≈190V
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