개념 한 쪽
변압기 시험은 개방회로 시험과 단락시험으로 나누어 어느 시험에서 어떤 양을 구하는지 묻는다. 권선과 철심의 건조법, 절연물 열화 판정 시험, 병렬 운전 조건도 함께 구분해 둔다.
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출제기준 단원 「시험항목」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 건조법 판별 | 1 | 건조법과 온도상승 시험법(반환부하법)을 구분하기 |
| 최고효율 부하율 계산 | 1 | 동손과 철손이 같아지는 부하율을 계산하기 |
변압기의 개방회로 시험(무부하 시험)은 2차 측을 개방한 상태에서 정격 전압을 가하는 시험이다. 이때 전류가 매우 작아 동손을 무시할 수 있고, 철심이 정격 자속으로 여자되므로 측정 손실은 철손(히스테리시스손과 와류손)이 된다. 무부하 전류와 여자 어드미턴스도 이 시험에서 구한다.
단락시험은 2차 측을 단락시키고 1차에 정격전류가 흐를 만큼의 낮은 전압을 가하는 시험이다. 이 시험에서 임피던스 전압과 임피던스 와트(동손)를 구하며, 이로부터 %임피던스를 얻어 전압 변동률 계산에 사용한다. 정리하면 개방은 철손 계열, 단락은 동손 계열이다.
권선과 철심에 스며든 수분을 제거하는 건조법에는 열풍법, 진공법, 단락법, 저항법 등이 있다. 반환부하법은 같은 사양의 변압기 두 대를 1차·2차로 맞물려 적은 전원 용량으로 온도상승 시험을 하는 시험법이지 건조법이 아니다.
절연물의 열화를 파악하는 시험은 유전정접시험(tanδ 측정), 절연내력시험, 절연저항측정시험이다. 권선저항측정은 코일 도체 자체의 저항을 재서 단선·접속 불량을 찾는 시험이므로 절연 열화 판정과는 관계가 없다.
병렬 운전 조건은 권수비와 정격전압 일치, %임피던스(저항·리액턴스 강하) 일치, 극성 일치다. 출력(용량)이 같을 것은 조건이 아니며, 용량이 달라도 %임피던스만 맞으면 각 변압기가 자기 용량에 비례해 부하를 분담한다.
정격에서 동손 270W, 철손 120W인 변압기를 최고 효율로 돌리는 출력을 구한다. 효율이 최고가 되는 조건은 동손과 철손이 같을 때이므로 부하율 = √(철손 / 전부하 동손) = √(120/270) = √0.444 ≈ 0.667, 즉 정격출력의 약 66.7%다. 루트를 씌우지 않은 120/270 = 44.4%는 함정 값이다.
단상변압기 3상 정격전류를 구할 때는 용량을 √3 × 전압으로 나눈다. 예를 들어 S = 5000VA, V = 220V(선간전압)라 하면 I = S / (√3 × V) = 5000 / (1.732 × 220) ≈ 13.1A가 되고, √3을 빠뜨리면 다른 값이 나온다.
정격 1차 전압이 6600[V], 2차 전압이 220[V], 주파수가 60[Hz]인 단상변압기가 있다. 이 변압기를 이용하여 정격 220[V], 10[A]인 부하에 전력을 공급할 때 변압기의 1차측 입력은 몇 [kW]인가? (단, 부하의 역률은 1로 한다.)
정답 ① · 문제는 변압기를 통해 220V, 10A 부하에 공급할 때 1차측 입력 전력을 묻고 있다. 이상적인(무손실) 변압기에서는 1차 입력 전력이 2차 출력 전력과 같으므로 P1 = V2·I2·cosφ = 220×10×1 = 2200W = 2.2kW가 된다.
이상변압기는 전력 보존: 1차 입력 = 2차 출력 = 220×10×1 = 2.2kW.
어떤 변압기의 전부하 동손이 270W, 철선이 120W일 때, 이 변압기를 최고 효율로 운전하는 출력은 정격출력의 약 몇 % 가 되는가?
정답 ① · 문항은 변압기가 최고효율로 운전될 때의 정격출력 비율을 묻는다. 최고효율 조건에서는 동손이 철손과 같아지므로 부하율 a = √(철손/전부하동손) = √(120/270) ≈ 0.667, 즉 약 66.7%가 된다.
최고효율은 부하율=√(철손/전부하동손)일 때이므로 √(120/270)≈0.667, 즉 정격의 66.7%다.
변압기 권선과 철심의 건조법이 아닌 것은?
정답 ③ · 문제는 변압기 권선과 철심의 건조법이 아닌 것을 찾는 것이다. 변압기 건조에는 열풍법·단락법·진공법 등이 사용되며, 반환부하법은 변압기 온도상승 시험을 위한 방법으로 건조법에 해당하지 않는다.
변압기 건조법은 열풍·단락·진공법 등이고, 반환부하법은 온도상승 시험법이라 건조법이 아니다.
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