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1. 유접점 시퀀스 제어 (Relay Sequence Control)

  ▣ 제어회로에 사용되는 제어기기가 접점으로만 되어 있는 기기인 스위치, 전자계전기

      타이머 등을 이용하여 제어하는 방식으로 일명 릴레이 시퀀스 제어방식이라고 한다.

 

가. 접점(Contact) : 회로를 열고 닫아 회로 상태를 결정하는 기능을 갖는 기구 용소

   ① a (arbeit)접점 : 일반적으로 열려 있고 조작할 때 닫히는 접점 (NO 접점 : Normal Open)

   ② b(break) 접점 : 일반적으로 닫혀 있고 조작할 때 열리는 접점 (NC 접점 : Normal Close)

   ③ c(Changeover) 접점 : a,b 전환 접점으로 평시에는 b접점 상태이고 조작하면 a접점으로 바뀐다.

 

   ※ 계전기 : 전자석 ⇒ 여자 ⇒ 전자력 ⇒ 동작, 여자 ⇔ 소자

 ▣ 모든 계전기는 솔레노이드(코일/전원부)와 접점부로 이루어졋다.

   ① 내부 코일이 여자되기 전에는 b접점만 폐회로를 이룬다.

   ② 내부코일이 여자되면 전자력으로 인해 철편이 움직인다.

   ③ a접점은 폐회로가 되며 b접점은 개회로가 된다.

   ④ 내부 코일이 소자되면 a, b 접점은 원래대로 복귀한다.

 

나. 유접점 기호의 종류

 

다. 시퀀스 제어기기의 종류

  ① 입력기구 : 수동스위치 (Push-Button Switch) 검출스위치 (Limit Switch, Sensor)

  ② 출력기구 : MC (PR, 전자접촉기), Lamp, BZ 등

  ③ 보조기구 : 보조릴레이 (X, R, Ry) 타이머 릴레이 (T, TR), 논리소자, PLC 장치

 

라. 수동 스위치(Switch) : 회로 개폐 또는 접속 변경 등의 작업 명령용 수동 입력 기구

  ① 복귀형 : 조작하고 있을 때만 조작상태가 변하고, 조작을 중지하면 원래 상태로 복귀 (PBS, PB, BS, S)

  ② 유지형 : 조작한 후 다시 조작할 때 까지 상태 유지 (SS)

  ③ 검출스위치 : 회로 외부에서 상태 변화 검출, 내부에서 검출과 변환 (Sensor, LS)

 

마. 전자계전기(Relay) : 전자력에 의하여 접점 개폐하는 기능을 갖는 제어 기구

  ① 제어용 보조 릴레이 (X, R, Ry)

  ② 용량크고 출력용으로 사용하는 전자 접촉기 (MC-Magnetic Contactor, PR - Power Relay)

  ③ 타이머 릴레이 (T, TR), 플리커 릴레이 (FR), 열동계전기 Thr(49) , 전자식 과전류 계전기 (EOCR)

 

바. 시퀀스 제어에서 사용되는 용어

  ① 여자 : 전자 릴레이의 코일에 전류를 흘려 여자시키는 것

  ② 소자 : 전자 릴레이의 코일에 전류를 차단하여 자화 성질을 잃게 하는 것

  ③ 연동 : 전자 릴레이의 코일이 여자, 소자되는 경우 복수적으로 같이 동작되는 것

  ④ 자기유지 : 릴레이의 기동부가 동작 후 계속하여 동작기능을 유지하는 것

  ⑤ 인칭(촌동) : 기기의 미소시간 동작을 위해 미소시간의 조작 시에만 기기가 동작하는 것

  ⑥ 인터록 : 복수의 동작을 관련 시키는 것으로 어떤 조건이 갖춰 지기 까지 타 동작을 저지시키는 것

  ⑦ 순시 : 코일이 여자되면 즉시 동작하는 상태

  ⑧ 한시 : 입력 심호가 가해진 후 출력접점이 동작시 까지 시간 간격을 말하며 한시동작과 한시 복귀가 있음

2. 기본 회로 이해

가. 자기유지 회로

  ▣ 자기유지 회로의 기능 : 회로의 입력을 계전기의 a접점이 유지해 주는 회로

 

  ※ 인칭 (촌동)회로는 스위치를 ON 했을 순간에만 동작을 하는 것을 말하며 Push Button 스위치가 대표적이다.

▣ 자기유지 회로는 자신의 릴레이 a접점에 의하여 계속하여 동작하는 회로를 말한다.

나. 인터록 회로 (선행동작 우선회로, 상대동작 금지회로, 병렬 우선 회로)

 1) 인터록 회로의 기능

   ▣ 어느 한 쪽이 동작하면 다른 한 쪽은 동작할 수 없는 동작을 행하는 회로

 2) 회로 및 타임차트

 

  ▣ 타임차트

 

[동작사항]

  ① PB1 ⇒ R1 여자 RL 점등 (자기유지)

  ② PB2 ⇒ 동작하지 않음

  ③ PB0 ⇒ 정지 (원상복구)

  ④ PB2 ⇒ R2 여자 GL 점등 (자기유지)

  ⑤ PB1 ⇒ 동작하지 않음

  ⑥ PB0 ⇒ 정지 (원상복구)

다. 신입 신호 우선회로 (선입력 우선회로, 후입력 우선회로)

 1) 신입력 우선회로의 기능

   ▣ 어느 한 쪽이 동작하면 다른 한 쪽이 복구되는 회로 ex : 선풍기 조작회로

 2) 회로 및 타입차트

  ▣ 조작회로

 

  ▣ 타임차트

 

  [동작사항]

  ① PB1 ⇒ R1 여자, RL 점등 (자기유지)

  ② PB2 ⇒ R2 여자, GL 점등 (자기유지), R1 소자, RL 소등

  ③ PB1 ⇒ R1 여자, RL 점등 (자기유지), R2 소자, GL 소등

  ④ PB2 ⇒ R2 여자, GL 점등 (자기유지), R1 소자, RL 소등

  ⑤ PB0 ⇒ 정지 (원상복구)

라. 동작 우선 회로

 1) 동작 우선 회로의 기능

  ▣ 정해진 순서대로 동작하는 회로

 2) 회로 및 타임차트

  ▣ 회로 구성

 

  ▣ 타임차트

 

  [동작사항]

   ① PB2 ⇒ 동작 X

   ② PB1 ⇒ R1 여자, RL 점등 (자기유지)

   ③ PB2 ⇒ R2 여자, GL 점등 (자기유지)

   ④ PB0 ⇒ R1, R2 소자, RL, GL 소등

 

마. 시한회로 (On Delay Timer : Ton)

 1) 시한회로 기능

  ▣ 동작 입력을 주면 타이머의 설정시간(t)이 지난 후 출력이 동작한다.

 2) 기호

 

 3) 회로구성 및 타임차트

  ▣ 회로구성

 

▣ 타임차트

 

[동작사항]

  ① PB1 ⇒ R, T 여자 (자기유지)

  ② 설정시간 T초 후에 T 여자, MC 여자

바. 시한 복구 회로 (Off Delay Timer : Toff

 1) 시한 복구 회로의 기능

   ▣ 정지 입력을 주면 타이머의 설정시간 (t)이 지난 후 출력이 복구한다.

 2) 기호

 

3) 회로구성 및 타임차트

  ▣ 회로 구성

 

▣ 타임 차트

 

[동작사항]

  ① PB1 ⇒ R, T 여자 (자기유지)

  ② PB2 ⇒ t 초 후 T, MC 소자

사. 단안정 회로

 1) 단안정 회로의 기능

   ▣ 정해진 시간 (설정시간) 동안만 출력이 생기는 회로

 2) 회로구성 및 타임차트

  ▣ 회로구성

 

▣ 타임차트

 

[동작 사항]

  ① PB1 ⇒ X, T, MC 여자 (자기유지)

  ② 일정시간 (t초) 후에 X,T, MC 소자

【기출 & 예상 적중 문제 】

  ▣ 그림은 타이머 내부결선도 이다. * 표의 점선 부분에 대한 접점의 동작을 설명하시오.

 

[원 회로도]

 

[답안작성]

  ▣ 전원이 연결되면 6- 8 단자는 한시동작 순시복귀 a접점이므로 일정시간 후에 동작을 하여 ON (Close) 된다.

  ▣ 5 - 8 단자는 한시동작 순시복귀 b접점이므로 일정시간 후에 Off (개방) 된다.

 

※ MC 내부 회로도

 

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1. 전력용 개폐기 (CB, DS, PF)

가. 차단기 (CB : Circuit Breaker)

1) 차단기의 역할

  ▣ 차단기는 부하전류는 물론 고장시에 발생하는 대전류를 신속하게 차단하여 고장구간

       신속하게 건전구간으로 부터 분리시키는 역할을 수행한다.

 

 2) 고장(사고) 계산 : Why 하는지 ? V(전압), I(전류) 변동부분을 계전기에 반영하여

                                  계전기를 정정(Setting)하기 위함과 차단기 용량을 결정하기 위하여

  【고장의 종류】

    ① 1선 지락 ⇒ 자주발생 : Ig ⇒ 불평형사고 : 대칭좌표법

    ② 2선 지락

    ③ 선간 단락

    ④ 3상 단락 ⇒ 큰 전류가 흐름 (차단기 용량 결정 기준)

        ※ 평형사고 : 오옴법, %Z법, PU법 (3상 단락사고는 1상 회로로 봄)

 

 (1) 오옴법

   ① 1상의 등가회로 분석한다.

   ② 단락전류는 위 그림에서 단락지점까지의 임피던스를 상전류를 나누어 산정한다.

 

   ③ 단락용량 (Ps)

 

   ④ 차단기 용량 : CB ≥ Ps

    ※ 오옴법은 잘 사용하지 않고 %Z법을 많이 사용한다.

        %Z1 = %Z2,     %Z =%ZY,      %Z = %Z

        1차를 2차로 환산한 것이나 2차를 1차로 환산한 값은 같다.

 

【참고사항 - 동기발전기】

  ▣ 퍼센트 임피던스 (%Z)

 

    ※ 기준 상전압에 대한 전압강하의 비를 백분율[%]로 나타낸 것이다.

    ※ 단락비가 큰 기계(철량과 동량이 크다, 손실이 크다)

        동기 임피던스 (Es = Ra + j (XL + Xa))

        전기자 반작용, 전압변동률, 효율은 낮고

        나머지는 다 크다.

  ▣ 고장 전류 계산 순서

    ① 등가회로 ⇒ %Z맵 (직·병렬) ⇒ %ZT (합성 퍼센트 임피던스)

    ② 단락전류 계산

 

   ③ 단락용량 산정

 

    ④ 차단기 용량 CB ≥ Ps

       ※ P.U 법 : Per Unit, Percent (100)

 

2) 차단기의 종류

구분
약호
명칭
소호 매질 & 소호원리
고압
GCB
OCB
MBB
ABB
VCB
가스차단기
유입차단기
자기차단기
(압축)공기차단기
진공차단기
SF6 (육불화황가스)
절연유
전자력
압축공기
고진공
저압
ACB
기중차단기
대기, 일반공기로 소호

 3) 정격차단용량

 

4) 정격차단시간

   ① 트립코일 여자부터 소호까지의 시간

   ② 개극시간과 아크시간과의 합

5) 동작책무

 

가-1. 차단기 (CB : Circuit Breaker)

 

1) 차단기의 역할

   ▣ 차단기는 부하전류는 물론 고장시에 발생하는 대전류를 신속하게 차단하여 고장구간

       을 신속하게 건전구간으로 부터 분리시키는 역할을 수행한다.

2) 소호원리에 따른 차단기의 종류

 (1) 유입차단기 (OCB : Oil Circuit Breaker) : 옥내 사용 금지

   ▣ 절연유가 고온 아크에 의해 발생하는 수소가스의 열전도를 이용하여 아크를 냉각 소호

     ① 장점 : 사용범위가 넓고 저가이며, 소음이 없다.

     ② 단점 : 광유 사용으로 화재의 위험이 있고 보수의 번거로움이 있다.

 (2) 자기차단기 (MBB : Magnetic Blow-out Circuit Breaker)

   ▣ 아크와 직각으로 자계를 주어 소호실내에 아크를 끓어 넣어 아크전압을 증대시키고

        또한 냉각하여 소호

    ① 장점 : 화재 염려가 없고 보수가 간편하다.

    ② 단점 : 소음이 발생하고 22[kV] 이상에서 사용이 부적격하다.

 (3) 진공차단기 (VCB : Vacuum Circuit Breaker)

   ▣ 파센의 법칙에 의거하여 10-4 [Torr] 이하의 진공중으로 아크 금속증기가 확산 후

       전류 영점에서 아크 소호

    ① 장점 : 소형, 경량이며 구조가 간단하고 보수가 용이

    ② 단점 : 동작시 발생하는 서지가 크기 때문에 서지흡수기가 필요

(4) 공기차단기 (ABB : Air Blast Circuit Breaker)

 ▣ 아크를 10 ~ 30 [kg/㎤] 정도의 강력한 압축공기로 불어서 소호

   ① 장점 : 차단능력이 크고 화재 위험성이 낮다.

   ② 단점 : 압축 공기 컴프레셔 등 부대설비가 필요하고 폭발음이 있다.

(5) 가스차단기 (GCB : Gas Circuit Breaker)

 ▣ SF6 가스의 소호능력이 공기의 100배 성능임을 이용하여 아크를 강력하게 흡습하여 소호 (치환효과)

   ① 장점 : 보수 점검 회수가 적고 차단 능력이 우수하여 저소음이다.

   ② 단점 : 설치 면적이 크고 가스의 기밀구조가 필요하다.

 

3) 육불화황(SF6) 가스의 성질

  ▣ 네가지가 없다 : 무색, 무취, 무독성, 무연소(난연성)

      소호능력이 공기의 100배, 절연내력 2~3배, 비활성 가스 ⇒ 안정성 우수

  (1) 물리·화학적 성질

     ① 무색, 무취, 무독성 가스이다.

     ② 안전도가 매우 높은 불활성 기체이다.

     ③ 비탄성 충돌한다. -60 [℃] 에서 액화한다. (액화방지 장치 필요)

(2) 전기적 성질

    ① 공기에 비해 절연강도가 크다. (소호능력이 공기의 100배)

    ② 소호능력이 우수하다. (아크의 시정수가 작아서 대전류 차단에 유리)

    ③ 절연회복이 빠르다.

    ④ 가스의 성질이 우수하여 차단기가 소형화된다.

    ⑤ 전자 친화력이 크다.

  ※ 밀폐구조 : 감전사고가 적다. 소음이 작다. 신뢰도가 높다.

 

4) 차단기의 정격과 동작책무

  (1) 정격전압

    ① 차단기에 가할 수 있는 사용회로 전압의 최대 공급 전압을 말한다.

    ② 차단기의 정격전압은 선간전압의 실효값으로 표기한다.

    ③ 계통의 공칭전압 [V]별 정격전압 [Vn]의 관계

공칭전압[kV]
6.6
22.9
66
154
345
765
정격전압[kV]

7.2
비접지
25.8
다중접지
72.5
소호리액터
170
직접접지
362
직접접지
800
직접접지

 

[참고] 공칭전압 : 선로를 대표하는 선간전압 (22.9kV, 154, 345, 765)

    기준전압 : 공칭전압 ÷ 1.1 : 적용 BIL = 5E +50 (기준충격절연강도)

    최고전압 : 최고전압 = 공칭전압 × (1.15 / 1.1) ⇒ 적용 : 절연내력 시험 전압

    정격전압 : 정격상태에서 CB = 공칭전압 × (1.2 / 1.1)

                ※ 발전기, 변압기, 전동기 : 정격전압 = 공칭전압

                    피뢰기 : Vn = α β Vm (계통 최고 전압)

                ※ 22.9[kV] CB의 정격 전압은 ? 22.9 × 1.2 / 1.1 = 24.98 답 : 25.8 [kV]

 

(2) 정격 전류

   ① 정격전압, 정격 주파수에서 규정된 온도 상승 한도를 초과하지 않고 연속적으로 흘릴

        수 있는 전류한도를 말한다.

   ② 보통 교류전류의 실효값으로 나타낸다.

       ▣ 정격전류 In = P / (√3 V cos θ [A]

(3) 정격 차단 전류

  ① 정격전압, 정격 주파수에서 표준동작책무에 따라 차단할수 있는 전류의 한도를 말한다.

  ② 직류 비율 20[%] 미만일 때 교류 성분 대칭분의 실효치 [kA]로 표시한다.

 

(4) 정격차단용량

  ① 3상 단락사고시 이를 차단할 수 있는 차단용량의 한도를 말한다.

  ② 정격차단용량 산출식

 

(5) 정격 투입전류

  ① 규정된 표준동작책무에 따라 투입할 수 있는 전류의 한도를 말한다.

  ② 통상 정격차단전류 Is (대칭단락전류)의 2.5배를 표준으로 한다.

 

(6) 정격 차단 시간

  ① 정격차단전류 (Is)를 완전히 차단시키는 시간을 말한다.

  ② 보통 차단기의 정격차단시간이란 개극시간과 아크시간의 합을 말한다.

     * 개극시간 : 트립코일(Tc) 여자 순간부터 접촉자 분리시 까지의 시간

     * 아크시간 : 접촉자 분리시 부터 아크 소호까지의 시간

  ③ 정격 차단 시간

정격전압
25.8 [kV]
170 [kV]
362 [kV]
800 [kV]
정격차단시간
5 [Hz]
3 [Hz]
3 [Hz]
2 [Hz]

 

(7) 차단기 동작 책무

  ① 차단기에 부과된 1~2회 이상의 투입, 차단 동작을 일정시간 간격을 두고 행하는 일련의

      동작을 규정한 것이다. 이를 전력 계통 특성에 맞게 표준화한 것을 "표준 동작 책무"라고 한다.

 

【기출 & 예상 적중 문제】

  ▣ 차단기의 명판에 BIL 150[kV], 정격차단전류 20[kA], 차단시간 3[Hz] 솔레노이드형

       이라고 기재되어 있다. 다음 각 물음에 답하시오.

  (1) BIL 이란 무엇인가 ? 기준충격절연강도 (Basic Impulse Insulation Level)

  (2) 이 차단기의 정격전압이 25.8[kV]라면 정격용량은 몇 [kVA]가 되겠는가 ?

      정격용량 = √3 ×25.8×103 ×20×103×10-6 =893.74 [MVA]

  (3) 조작전원으로 사용되는 전기는 어떤 종류의 전기가 있는가 ?

         직류(DC)방식, 콘덴서 (CTD) 방식

     ※ 정격전압이 주어지지 않았을 때 산정방법

 

나. 단로기

1) 단로기의 역할

  ① 단로기는 고압 이상의 전로에서 단독으로 선로의 접속 또는 분리하는 것을 목적으로

      무부하시 선로를 개폐한다.

  ② 단로기는 차단기와 다르게 아크 소호능력이 없기 때문에 부하전류의 개폐를 하지

       않는 것이 원칙이다.

  ③ 충전전류는 개폐가 가능 (부하전류, 사고전류는 개폐 불가능)

    ※ 인터록 장치

     (1) 조건 : CB와 DS가 직렬 연결시에만 성립

      (2) 정의 : 차단기가 열려 있어야 단로기 (DS) 조작 가능

 

   (3) 개폐 가능한 전류 : 변압기 여자전류, 무부하시 충전전류

    (4) DS 단로기의 정격전압 (차단기의 정격 전압과 같음)

 

2) 단로기의 개폐 능력

   ① 단로기는 차단기나 부하개폐기(LBS)와 달리 부하전류를 개폐하는 능력이 없어도 된다.

   ② 소전류의 여자전류, 충전전류는 개폐할 수 있으며 154[kV]에 사용되는 단로기는 여자

       전류 3[A], 충전전류 1 [A]의 개폐능력을 갖는다.

   ③ 이중 모선방식에서 모선루프(Loop) 절체에 이용되는 단로기의 경우 모선 루프 개폐

        성능을 갖추어야 한다.

3) 접지 개폐기 (ES : Earthing Switch)

   ① 전로를 점검 · 보수하기 위하여 전로를 대지에 접지시키는 개폐기

   ② 전로의 충전전류 또는 이상시 유입되는 고장전류를 안전하게 대지로 충전할 수 있는

        충분한 용량을 갖추어야 한다.

   ③ 접지개폐기는 단로기와 일체형으로 설치되는 방식과 독립적으로 설치되는 방식이

        있으며 사용 목적에 따라 선로접지 개폐기, 기기접지개폐기 등으로 호칭되고 있다.

 

【기출 & 예상적중문제 】

1. 수전전압 6600[V], 가공전선로의 %임피던스가 58.5[%]일 때 수전점의 3상 단락

    전류가 8000[A] 인 경우 기준용량과 수전용 차단기의 차단용량을 구하시오.

  (1) 기준용량

 

  (2) 차단용량

 

2. 2중 모선에서 평상시에 No.1 T/L 은 A모선에서 No. 2 T/L은 B모선에서 공급하고 모선

    연락용 CB는 개방되어 있다.

 

 (1) B모선을 점검하기 위하여 절체하는 순서는? (단, 10-OFF, 20-ON 등으로 표시)

    ▣ 먼저 A,B 모선의 등전위화 조치를 취한다. 모선 전환을 위하여

    ▣ 31-ON, 32-ON, 30-ON, 21-ON, 22-OFF, 30-OFF, 31-OFF, 32-OFF

(2) B모선을 점검 후 원상복구하는 조작 순서는? (단, 10-OFF, 20-ON 등으로 표시)

    ▣ 31-ON, 32-ON, 30-ON, 22-ON, 21-OFF, 30-OFF, 31-OFF, 32-OFF

(3) 10, 20, 30 에 대한 기기의 명칭은 ? 교류차단기

(4) 11, 21에 대한 기기의 명칭은 ? 단로기

(5) 2중 모선의 장점

    ▣ 모선 점검시에도 부하의 운전을 무정전으로 할 수 있어 전원 공급의 신뢰도가 높다.

 

다. 전력 퓨즈 (PF : Power Fuse)

 

1) 전력퓨즈의 역할

   ① 평상시 부하전류는 안전하게 통전시킨다.

   ② 이상전류나 사고전류(단락전류)에 대하여는 즉시 차단시킨다.

 

2) 한류형 퓨즈 ⇔ 비한류형 퓨즈 COS (Cut Out Switch) 컷 아웃 스위치

  ① 단락전류차단시 높은 아크 저항이 발생하여 사고전류를 강제적으로 억제하여 차단하는퓨즈

  ② 밀폐된 퓨즈 통 안에 가용체와 규사 등의 입상 소호체로 채운 구조

        H = 0.24 I2 RT H ∝ I2

       ※ 퓨즈의 특성 : 용단특성, 전차단 특성, 단시간 허용 특성

  ③ 전력용 퓨즈의 장단점

장 점
단 점
① 소형이면서 차단용량이 크다.
② 한류효과가 크다.
③ 차단시 무소음, 무방출이다.
④ 고속도 차단할 수 있다.
⑤ 소형, 경량이다.
⑥ 가격이 저렴하다.
① 재투입이 불가하다. (가장 큰 단점)
② 차단시 과전압이 발생한다.
③ 과도전류에 용단되기 쉽다.
④ 용단되어도 차단하지 못하는 전류범위가 있다.
(비보호 영역이 있다)
⑤ 동작시간과 전류특성을 자유로이 조정할 수 없다.

 

※ 소형, 경량이다. 유지보수가 간단하다. 가격이 저렴하다. 정전용량이 적다.   차단용량이 크다.

 

4) 퓨즈 단점 보완대책

   ① 결상계전기 사용

   ② 사용목적에 맞는 전용 전력 퓨즈 사용

   ③ 계층의 절연강도를 퓨즈의 과전압값 보다 높게 설정

5) 퓨즈 구입시 고려사항 ⇒ VIP

   ① 정격전압 (V)    ② 정격전류 (I)    ③ 정격차단전류 (I)    ④ 사용장소 (P)

6) 퓨즈 선정시 고려사항

   ① 변압기 여자돌입전류에 동작하지 말 것

   ② 전동기와 충전기의 기동전류에 동작하지 말 것

   ③ 과부하 전류에 동작하지 말 것

   ④ 타보호기기와 보호협조를 가질 것

7) 고압 퓨즈의 규격

  ① 고압 전로에 사용하는 포장 퓨즈는 정격전류의 1.3배의 전류에 견디고 2배의 전류에서

       120분 이내에 용단되는 것이어야 한다.

  ② 고압 전로에 사용되는 비포장 퓨즈는 정격전류의 1.25배의 전류에 견디고 2배의 전류

       에서 2분 이내에 용단되는 것이어야 한다.

       비포장 1.25 × 2배 2분

       포장 1.3 × 2배 2시간

 

8) 퓨즈와 각종 개폐기 및 차단기와의 기능 비교

 능력


구분
회로분리
사고차단
무부하
부하
과부하
단락ㄷ
퓨 즈
O
X
X
O
차단기
O
O
O
O
개폐기
O
O
O
X
단로기
O
X
X
X
전자접촉기
O
O
O
X

 

【 기출 & 예상 적중 문제 】

   ▣ 전력퓨즈의 단점 4가지를 쓰시오.

     ① 재투입할 수 없다.

     ② 차단시 과전압이 발생한다.

     ③ 과도전압에 용단되기 쉽다.

     ④ 동작시간과 전류특성을 자유로이 조정할 수 없다. (시한특성 조정 불가)

 

 

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1. 변압기 운전

가. 변압기의 열화

 1) 변압기 호흡작용

   ▣ 변압기에 사용되는 절연유가 변압기 외부 온도와 내부에서 발생하는 열에 의해 부피가 팽창하고 수축하는 현상

 2) 변압기의 열화원인

   ▣ 변압기의 호흡작용에 의해 공기중의 수분과 산소를 흡수하게 되어 절연유가 산화되고 침전물이 생기게 된다.

 3) 열화에 의한 영향

   ① 절연내력 저하    ② 냉각효과 감소    ③ 침식작용

 4) 열화방지 설비

   ① 브리더(흡습호흡기, 실리카 겔) ② 질소봉입 ③ 콘서베이터 (수소 배출)

 5) 개방형 콘서베이터

   ① 콘서베이터는 변압기의 상부에 원통형의 유조(기름 통)로 그 속에는 1/2 정도의 기름이 들어 있고,

        1/2 정도의 질소가스가 봉입되어 있다.

   ② 주변압기 외함 내의 기름과 콘서베이터는 가느다란 U 자형 파이프로 연결되어 있다.

   ③ 그림은 개방형 콘서베이터로 질소가스가 봉입되어 있지 않은 형태이다.

 

   ④ 변압기 호흡작용에 의한 변압기 기름의 팽창, 수축이 콘서베이터 상부에서 행해지므로

        높은 온도의 기름이 직접 공기와 접촉하는 것을 막아 기름의 열화를 방지한다.

 

【기출 & 예상적중 문제】

  다음은 유입변압기의 절연유 열화에 관한 표와 변압기 그림의 일부분이다.

  다음 각 물음에 답하시오 (전기산업기사 5점)

    (2) 그림은 절연유 열화방지를 위한 oil Seal Tank 설치용 변압기이다. 각 부위 ① ~ ④에

          채워져 있는 물질명을 쓰시오.

 

   [답안작성] ① 여과지 및 흡습제 ② 공기 ③ 절연유 ④ 질소

 (3) 그림에서 ③, ④를 넣는 이유에 대하여 간단히 설명하시오.

    ③ 절연유 : 변압기의 절연 및 냉각    ④ 질소 : 절연유 열화방지

2. 변압기 냉각방식

가. IEC 규격에 따른 냉각방식의 표기법

 

 1) 첫번째 글자 : 내부 냉각 매체

   ① A - 공기 (Air)                                                 ② O - 광유, 절연유로 인화점 300[℃] 이하 (Oil)

   ③ K - 난연성 절연유로 인화점 300 [℃] 초과    ④ G - Gas (SF6)

 2) 두번째 글자 : 내부 냉각 매체 순환방식

   ① N - 자연순환 (Natural)                       ② F - 강제순환 (Forced)

   ③ D - 직접 강제 순환 (Direct Forced)

 3) 세번째 글자 : 외부 냉각 매체

   ① A - 공기           ② W - 물 (Water)

 4) 네번째 글자 : 외부 냉각매체 순환방식

   ① N - 자연순환       ② F - 강제 순환

나. 변압기 냉각방식의 종류

 1) 건식 자냉식 (AN) : 옥내에 사용

    ① 변압기 본체가 공기에 의해 자연적으로 냉각되도록 한 것

    ② 소용량 변압기의 냉각에 사용

 2) 건식풍냉식 (AF)

    ① 건식 변압기에 송풍기를 이용하여 강제풍통 시킨 방식

    ② 변압기유를 사용하지 않으므로 22[kV] 이하의 변압기에만 적용

 3) 유입자냉식 (ONAN) ⇒ OA

    ① 권선과 철심에서 발생한 열을 기름의 대류 작용에 순환하고 외함에서 열을 대기로 방산시키는 방식

    ② 보수가 간단하고 취급이 쉽기 때문에 널리 사용

 4) 유입풍냉식 (ONAF) ⇒ FA

    ① 방열기를 설치한 유입변압기에 송풍기를 이용하여 강제통풍시킴으로써 냉각효과를 높이는 방식

    ② 유입 자냉식보다 용량을 30[%] 증가시킬수 있어 대형 변압기에 많이 이용

 5) 유입수냉식 (ONWF)

    ① 펌프로 물을 순환시켜 기름을 냉각하는 방식

    ② 수질이 좋지 않으면 물 때가 끼고 관부식을 초래 (유지보수가 까다로워 최근 감소 추세)

 6) 송유자냉식 (OFAN)

    ① 송유펌프로 기름을 강제로 순환시키는 방식

    ② 소음, 오손방지를 위하여 변압기 본체를 옥내에, 방열기 탱크를 옥외에 설치

 7) 송유풍냉식 (OFAF)

    ① 변압기 외함 내에 들어 있는 기름을 이용하여 외부에 있는 냉각장치로 보내서

         냉각시킨 후 냉각된 기름을 다시 외함으로 공급하는 방식

    ② 냉각효과가 크기 때문에 30000[kVA] 이상의 대용량 변압기에 채용

 8) 송유수냉식 (OFWF)

    ① 송유자냉식의 방열기 탱크에 수냉식 유닛쿨러 설치

    ② 소음이 적어 도시 및 그 주변 지역에 설치하기에 적합

       ※ ONAN : 유입자냉식 ONAF : 유입풍냉식 ONWF : 유입수냉식

           OFAF : 송유풍냉식 OFWF : 송유수냉식

다, 변압기의 과부하 운전조건

 1) 주위 온도 저하로 인한 과부하

   ▣ 냉각공기의 최고 온도 30[℃]에서 1[℃] 저하시 그 온도차의 8[%] 만큼 과부하 운전가능

 2) 부하율 저하로 인한 과부하 운전

   ▣ 부하율이 90[%] 보다 낮을 경우 90[%]와 그 차이의 1[%]에 따라 상응하는 과부하 운전 가능

【 기출 & 예상 적중문제 】

   ▣ 변압기를 정격부하에 비하여 과부하로 단시간 동안 운전할 수 있는 조건을 3가지 내열하시오.

    ① 변압기 설치 주위 온도가 저하되었을 때

    ② 변압기의 온도 상승 시험 기록에 미달되어 있는 경우

    ③ 부하율이 현저히 저하된 상태로 운전되는 경우

3. 변압기의 용량 산정

가. 변압기 용량 결정

 1) 합성 최대 전력 계산

 

2) 변압기 용량 결정

  ① 변압기 용량은 위에서 구한 합성 최대 전력 이상인 용량으로 결정해야 한다.

  ② 즉, 변압기 용량 [kVA] ≥ 합성 최대 전력 [kVA] 이어야 한다.

  ③ 전력용 3상 변압기 표준용량 [kVA]

      5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 100  150, 200, 250, 300, 750, 1000

 

[참고자료]

  ① 부하곡선

 

② 평균전력 산식

 

  ③ 용어

    ⊙ 수요 : TV, 냉장고, 세탁기, 에어컨, 히터, 전등 등

    ⊙ 부하 : 실제 사용하는 용량

나. 변압기 용량 결정시 필요한 인자

 1) 수용률

   ① 수용설비가 동시에 사용되는 정도를 나타낸다.

      ※ 총설비 용량에 대한 최대전력의 비를 백분률로 나타낸 것

   ② 변압기 등의 적정한 공급설비 용량을 파악하기 위해 사용된다.

 

  ▣ 수용률이 크다 ⇒ 최대전력이 크다 ⇒ 변압기 용량 증가 ⇒ 경제적으로 분리하다. (수용률 보통 70%)

2) 부하율

  ① 공급설비가 어느 정도 유용하게 사용되는가를 나타낸다.

  ② 부하율이 클수록 공급설비가 그 만큼 유효하게 사용된다는 것을 뜻한다.

     ※ 설비이용률 : 최대전력에 대한 평균전력의 비를 백분율로 나타낸 것

 

   ▣ 부하율이 작다 ⇒ 부하곡선이 뾰족하다 : 최대전력과 평균전력의 차카 크다.

        부하율이 크다 ⇒ 부하곡선이 평평하다 : 최대전력과 평균전력의 차가 작다.

        부하율이 크면 첨두부하 설비가 필요하다.

 

3) 부등률

  ① 전력소비 기기가 동시에 사용되는 정도를 나타낸다.

  ② 부등률이 클수록 설비의 이용률이 크다는 것을 의미하므로 그 만큼 유리하다.

  ③ 부등률은 항상 1보다 크거나 같다.

 

 

   ※ 부등률이 클 수록 경제적이다.

다. 변압기 용량 산정

 1) 변압기 용량 결정

 

  (1) 합성 최대 전력 계산

 

  (2) 변압기 용량 산정

   ① 변압기 용량은 위에서 구한 합성 최대 전력 이상인 용량으로 하여야 한다.

   ② 즉, 변압기 용량 [kVA] ≥ 합성 최대 전력 [kVA] 이상이어야 한다.

 

   ③ 전력용 3상 변압기 표준용량 [kVA]

     5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 1000

     150, 200, 250, 300, 500, 750, 1000

 

【출제문제 유형】

 1. 단일 수용가

 

 2. 다중 수용가

 

3. 손실 or 여유율이 주어진 경우

   ▣ 합성 최대 전력의 □ % 손실

   ▣ 여유율이 □% 이다.

 

 4. 효율이 주어진 경우

 

[기출 & 예상 적중 문제]

 1. 부하율에 대하여 설명하고 부하율이 작다는 것은 무엇을 의미하는지 2가지를 쓰시오.

   (1) 부하율 : 공급설비가 어느 정도 유용하게 사용되는지 정도

                       최대 전력 대비 평균 전력의 비를 백분율로 나타낸 것

   (2) 부하율이 작다는 것의 의미

        ① 최대 전력과 평균전력의 차가 크다.

        ② 공급설비를 유용하게 사용하지 못한다.

        ③ 첨두부하설비가 필요하다.

2. 다음 표에 나타난 어느 수용가들 사이의 부등률이 1.1이다. 이 때 이들의 합성 최대

    전력은 몇 [kW]인가 ?

수용가
설비용량 [kW]
수용률 [%]
A
300
80
B
200
60
C
100
80

  [답안작성]

 

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1. 조명설비

가. 용어

 1) 광속 (F) : 방사속(복사속)을 눈으로 보아 느껴지는 크기

   ▣ 단위 : lm, FUN = EAD

   ① 구광원 (백열전구) : 백열등 F = 4π I

   ② 원통광원 : 형광등 F = π2 I

   ③ 평판광원 : F = π I

 2) 광도 ( I )

   ① 임의의 방향인 단위 입체각 (ω) 에 포함되는 광속수

 

3) 광속 발산도

   ① 단위 면적에서 나가는 빛의 양

 

4) 휘도 (B)

  ① 단위 면적당 광도 (눈부심의 정도)

 

【광원의 효율】

가. 전등(램프)의 효율

 

나. 글로브 효율

 

   ※ 반사율, 투과율, 흡수율 관계 : 투과율+반사율+흡수율 = 1 ⇒ ρ + τ +α =1

   ※ 효율 관계 [정리]

 

5) 조도

   ① 광속이 입사하면 그 면이 밝게 빛나는 정도

 

   ② 법선조도, 수평면 조도, 수직면 조도

 

6) 조명률 [U]

   ① 사용광원의 총 광속과 설계 작업면에 입사하는 광속의 비율

   ② 조명률 U = 입사광속 / 총 광속 × 100 = F / Fo × 100 [%]

7) 감광보상률 (D)

   ① 광원이 사용년수가 경과함에 따라 광속의 감소에 대해 두는 여유 정도

   ② 유지율, 보수율 (M) : 감광보상률의 역수 M = 1/D

나. 조명설계

 1) 전등의 설치 높이 / 간격

  ① 높이 (등고)

 

  ② 등 간격

   ▣ 등기구와 등기구의 간격 : 간격 ≤ 1.5 × 높이, S ≤ 1.5 × H

   ▣ 벽과 등기구의 간격

     ⊙ 벽면을 사용하지 않을 경우 : 1/2 H

     ⊙ 벽면을 사용할 경우 : 1/3 H

2) 실지수

 

  예) 방의 가로가 6[m], 세로가 9[m], 광원의 높이가 4.4[m]인 방에 조명기구를 천장

        직부형으로 시설하고자 한다. 이 방의 실지수는 ? 단, 작업면의 높이는 0.8[m]이다.

 

3) 조도의 계산

  ▣ FUN = EAD ⇒ F : 광속[lm], U : 조명률[%], E : 조도[lx], A : 면적[㎡],   D : 감광보상률

 

4) 도로조명

 

      ▣ 조명 면적 산정

 

다. 광원

1) 형광등

  ① 수명이 길다.    ② 휘도가 낮다.    ③ 임의의 광색을 얻을 수 있다.

형광체
텅스텥칼슘
텅스텐산
마그네슘
규산아연
규산카드뮴
붕산카드뮴
광색
청색
청백색
녹색
등색
핑크색

  ④ 효율이 좋다.    ⑤ 역률이 나쁘다. (보통 50~60[%])

  ⑥ 플리커 현상이 발생하기 쉽다.

  ⑦ 효율의 최대온도 : 주위 온도, 관벽온도

     ※ 수명 : 점등 개시 후 처음 광속의 80 [%]로 되었을 때의 시간과 형광등이 방전불능이

                   되었을 때 까지의 시간중 짧은 시간

 2) 고휘도 방전등 (HID)

    ① 나트륨등 (N)     ② 고압수은등 (H)      ③ 메탈핼라이드등 (M)     ④ 할로겐등

  ※ 램프의 효율이 좋은 순서

    ① 나트륨등     ② 메탈핼라이드등      ③ 형광등      ④ 수은등 ⑤ 할로겐등

  ※ 조명 방식에 따른 분류

 

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1. 변압기 효율

가. 손실

 ▣ 회전기 : 발전기, 전동기 정지기 : 변압기

   ⊙ 고정손 (무부하손) - 철손(Pi) - 히스테리시스손 Ph = nfBm : 규소강판

                                                     - 와류손 Pe = б (tfkBm)2 : 성층 철심

                                     - 기계손 (Pm) - 풍손

                                                            - 마찰손

                                     - 유전체손

    ⊙ 가변손 (부하손) - 동손 (Pc) = I2·R

                                   - 표류부하손

1) 실측효율 (Actual Measured Efficiency)

 

   ① 변압기의 입력과 출력의 실측값으로 부터 계산하여 효율을 계산하는 것

   ② 다음과 같은 식을 통해 실측 효율을 계산한다.

 

2) 규약효율 (Conventional Measured Efficiency)

   ① 일정한 규약에 따라 결정한 손실값을 기준으로 계산하여 효율을 계산

   ② 실측효율에서 변압기의 경우 입력을 측정하기는 번거롭지만 출력은 알기 쉬우므로 규약효율을 많이 사용한다.

   ③ 다음과 같은 식을 통해 규약효율을 계산한다.

 

    ※ 그림을 통해 효율을 알아보자

 

         ※ I2 는 전부하 전류 (정격전류)

              부하전류  I2 = I 이면 정격상태, 전부하 상태, 변압기가 공급가능한 최대 전류

                               I2 < I 과부하

                               I2 > I m 부하 Io : 무부하

  1) 전부하 효율

 

  2) m부하시 효율

 

  3) 최대 효율 조건

 

  4) 전일 효율 : All day Efficiency, 1일 효율 24시간 효율

    ▣ 출력 × T (사용시간) : 사용전력량 [kWh]

    ▣ 철손 = Pi × 24 시간 손실전력량 [kWh]

    ▣ 동손 × T (사용시간) 손실전력량 [kWh]

   ① 규약효율은 주어진 어떤 시각에서의 부하에 대한 값[kW]에 지나지 않으므로 부하가

        변동할 경우 효율을 종합적으로 판정하기 위해서는 전일효율을 사용해야 한다.

   ② 전일 효율은 규약 효율에서 변압기의 어느 일정한 기간 (주로 1일간) 동안에서의

        전력량[kWh]을 가지고 효율을 계산한 것이다.

 

  5) 변압기 효율이 저하되는 경우

    ① 부하 역률이 저하되는 경우 ② 경부하로 운전되는 경우 ③ 부하변동이 심한 경우

【기출 & 예상적중 문제】

 ▣ 용량 30[kVA] 단상 주상 변압기가 있다. 이 변압기의 어느 날의 부하가 30[kW]로 4시간, 24[kW]로 8시간,

      8[kW]로 10시간이었다고 한다. 이 변압기의 일부하율 및  전일 효율을 계산하시오.

      (단, 부하역률은 100[%], 변압기의 전부하 동손은 500[W],  철손은 200[W]이다)

 

2. 변압기 보호장치

가. 전기적 보호 장치

  1) 비율차동계전기 (87T : RDR (Ratio Differential Relay))

      ▣ 87 : 비율차동계전기 G : 발전기용 차동계전기

                                            T : 주변압기용 차동계전기

                                            B : 모선 보호용 차동계전기

   ① 내부 고장 보호용 동작전류의 비율이 억제 전류의 일정치 이상일 때 동작

   ② 동작원리

       ⊙ 평상시 or(또는) 외부 고장시 : 차전류 : id = i1 - i2 = 0

       ⊙ 내부 고장시 : 차전류 : id = i1 - i2 ≠ 0

 

   ※ TR : Transformer 변압기,

       R.C : Restrict Coil 억제코일, O.C : Operation Coil 동작코일

 ▣ 계전기 번호 87 - 비율차동계전기

                               - 차동계전기 (오차 심함, 요즘 잘 사용안함)

  ※ 변류기 (CT : Current Transformer)

 

  ※ 동작 전류 id : dynamic

 

2) 비율차동계전기 (87) 결선도

 

나. 기계식 보호 계전기의 종류

 1) 부흐홀쯔 계전기 (96B : Buchholz R/Y)

    ▣ 변압기 본체와 콘서베이터를 연결하는 관의 도중에 설치

 2) 충격 압력 계전기 (96P : Sudden Gas Pressure R/Y)

    ▣ 변압기 내부 사고시 가스 발생으로 충격성의 이상 압력 상승이 생기므로 이 압력

         상승을 순시에 검출하여 차단한다.

  3) 위의 2가지 기계식 보호계전기 이외에도 아래의 장치가 있다.

    ▣ 방압안전장치, 권선 온도계, 유면계 등

【 기출 & 예상 적중 문제 】

  ▣ 그림은 1,2차 전압이 66/22[kV]이고, △-Y결선된 전력용 변압기이다. 1,2차에 CT를

       이용하여 변압기의 차동계전기를 동작시키려고 한다. 주어진 미완성 도면을 이용하여

       다음 각 물음에 답하시오.

   가. CT와 차동계전기의 결선을 완성하시오.

 

[답안작성]

 

※ 변압기, 변류기의 결선방법

 

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1. 특수한 변압기 결선

가. V-V 결선

 1) △-△ 결선의 출력

    ▣ 1대당 변압기 용량이 P[kVA]인 단상 변압기 3대를 △-△결선하여 운전할 경우 출력은 ?

      ∴ P = 3 × E · I = 3P [kVA]

2) V-V 결선의 출력

   ▣ V결선은 그림과 같이 선간전압과 상전압이 √3배 차이가 나므로 이 때의 출력은 ?

 

3) 출력비

 

  ▣ 비율 (Ratio) = 비교값 / 기준값 × 100

   ⊙ 사고전 : △ 결선상 출력값 기준

   ⊙ 사고후 : V 결선상 출력값 비교

 

   ▣ 이용률 2대 ⇒ 단상 (일반) : 기준

        2대 ⇒ 3상 (임시) : 비교

 

4) 장점

  ① △-△ 결선에서 1대의 변압기가 고장시 나머지 2대츼 변압기로 3상 부하에 연결하여 전원을 공급할 수 있다.

  ② 설치방법이 간단하고 소용량이며 가격이 저렴하다.

5) 단점

  ① 설비 이용률이 86.6[%]로 저하된다.

  ② △결선에 비해 출력이 57.74 [%]로 저하한다.

6) 결선도

 

나. 3권선 변압기

 1) 3권선 변압기는 1,2차 권선에 3차 권선을 설치한 변압기로 권수비에 따라 1조의 변압기로

      2종류의 전압과 용량을 얻을 수 있다.

 2) 송·배전에 사용되는 Y-Y-△결선 방식은 Y-Y결선의 장점에 △-△결선의 장점을 이용한 것으로

     3상 결선에서 3상 결선에서 가장 많이 사용되는 결선방식이다.

   ▣ 송·배전 계통에서 사용되는 모습은 아래 그림과 같다.

 

   ※ 변전소의 기능 및 역할

   ① 전압의 변성 & 조정 ② 전력의 집중 & 배분 ③ 전력조류 제어 (무효전력, 유효전력공급) ④ 변전소 및 송배전 보호

3) 특징

  ① 제3고조파를 권선 내에서 순환시키기 위해 △결선을 가지고 있다.

  ② 2차 권선에 유도성 부하가 있는 경우 3차 권선에 진상용 콘덴서를 설치하면 1차 회로의 역률을 개선할 수 있다.

    ※ 조상설비 : 분로리액터, 전력용 콘덴서, 동기조상기 (SVC)

 

4) 3권선 변압기의 주된 용도 3가지

  ① 3차측의 △결선을 외부로 인출하여 소내 전원과 조상설비에 접속하여 사용

  ② 3차측 단자를 외부로 인출하여 폐회로를 이루게 하여 외함에 접지하거나 또는 내부에서 폐회로를 이루게 함으로써

       외함에 접지하는 안정권선으로 사용

  ③ 권수비에 따라 1조의 변압기로 2종류의 전압과 용량이 필요한 곳에 사용

  ④ 설치장소가 좁아 변압기 2대를 설치하지 못하는 경우로 3종류의 전압과 용량이 필요한 곳에 사용

  ※ 3권선 변압기의 목적

   ① 소내 전력 공급용 ② 조상설비 채용 ③ 제3고조파 제거

나. 단권변압기

  1) 변압기의 1차 권선과 2차 권선의 일부를 공통으로 사용하는 변압기

  2) 단권 변압기의 구조

 

3) 변압기 결선도

 

4) 승압후 2차 전압

 

5) 단권변압기의 고유(자기) 용량과 부하용량의 비

 

6) 단권변압기의 용도

   ① 배전선로의 승압 및 강압용 변압기

   ② 동기전동기와 유도전동기의 기동 보상기용 변압기

   ③ 실험실용 소용량의 슬라이닥스

  ※ 단권변압기의 변압비

 

7) 단권 변압기의 장점 (비교대상 : 단상 (2권선) 변압기)

  ① 동량이 감소한다.

  ② 크기와 중량이 작고 조립 및 수송이 용이하다.

  ③ 변압기의 동손(I2·R[W])이 줄어 변압기의 효율이 좋다.

  ④ 작은 용량의 변압기로 큰 용량의 부하를 걸 수 있다.

  ⑤ 분로권선에 누설자속이 거의 없다.

8) 단점

  ① 저압측도 고압측과 같은 수준의 절연이 필요하다.

  ② 단락전류가 크다.

  ③ 변압기 중성점에 피뢰기 설치가 필요하다.

9) 단권변압기의 3상 결선 변압기 용량과 부하용량의 비

 

【기출 & 예상 문제 】

  변압비가 3300/220[V]인 단권변압기 2대를 V결선으로 해서 부하에 전력을 공급하고자  한다.

  공급할 수 있는 최대용량은 자기 용량의 몇 배인가 ?

 

부하용량의 자기용량에 대한 비율을 알아보자

 

2. 변압기 운전

가. 변압기의 병렬 운전

   ※ 병렬운전 : 전압 일정

   ※ 출제유형 : ① 병렬운전 조건 4가지 ② 불만족시 현상 ③ 계산문제  ④ 3상 변압기 병렬운전

   [참고] 변압기 등가회로

 

   ▣ 변압기 2대 병렬운전시 등가회로

 

1) 변압기 병렬운전 조건

  ① 극성이 같을 것

  ② 권수비 및 1,2차 정격전압이 같을 것

  ③ %임피던스가 같을 것

  ④ 권선의 내부저항과 누설리액턴스 비가 같을 것

 ※ 단상 변압기 병렬운전 조건이 맞지 않았을 때 나타나는 현상

  ① 각 변압기의 극성이 같을 것

    ▣ 극성이 같지 않을 경우 2차 권선에 큰 순환전류가 흘러 권선이 소손된다.

  ② 각 변압기의 권수비 및 1,2차 정격전압이 같을 것

    ▣ 2차 기전력의 크기가 다르면 순환전류가 흘러 권선을 과열시킨다.

  ③ 각 변압기의 %임피던스 강하가 같을 것

   ▣ %임피던스 강하가 다르면 부하 분담이 각 변압기의 용량비가 되지 않으므로

        부하분담의 균형을 이룰 수 없다.

  ④ 각 변압기의 저항과 누설리액턴스 비가 같을 것

   ▣  변압기 간의 저항과 누설리액턴스비가 다르면 각 변압기의 전류간에 위상차가 생겨동손이 증가한다.

(1) 극성이 다를 때 (직류로 해석)

 

   ※ 극성이 다르면 가극성이 되어 큰 순환 전류가 흐른다.

(2) 권수비 및 1, 2차 정격전압이 다를 때

 

  ▣ 감극성으로 인해 전압의 차에 의한 순환전류가 흐른다.

(3) 내부저항/누설리액턴스의 비(X/R)가 다른 경우

 

3) 3상 변압기 병렬운전 조건

 ▣ 3상 변압기의 병렬운전 조건은 단상 변압기의 병렬운전 조건 이외에도 다음 조건을 만족해야 한다.

  ① 상회전 방향이 같을 것

    ⊙ 상회전 방향이 다르면 변압기간에 단락상태가 되어 변압기를 소손시킨다.

  ② 위상 변위가 같을 것

   ⊙ 위상차에 따른 내부 순환전류가 흘러 변압기 권선이 과열된다.

4) 변압기 병렬운전 가능 결선과 불가능 결선

병렬운전 가능 결선
병렬운전 불가능 결선
A 변압기
B 변압기
A 변압기
B 변압기
△-△
△-△
△-△
△-Y
△-△
Y-Y
Y-Y
Y-△
Y-Y
Y-Y
△-△
Y-△
△-Y
△-Y
△-Y
Y-Y
△-Y
Y-△
Y-△
Y-△

※ 결선방법에 따른 1,2차 전압의 위상 관계

 

【기출 & 예상 적중문제 】

  단상 변압기의 병렬운전 조건 4가지를 쓰고, 이들 각각에 대하여 조건이 맞지 않을 경우

  어떤 현상이 나타나는지 쓰시오.

    ① 극성이 같을 것

      ▣ 권선에 큰 전류가 흘러 권선 소손

   ② 권수비 및 1,2차 정격전압이 같을 것

      ▣ 순환전류가 흘러 권선 가열

   ③ %임피던스가 같을 것

      ▣ 부하의 분담비가 달라 부하 분담의 불평형 발생

   ④ 변압기의 내부저항과 누설리액턴스 비가 같을 것

      ▣ 각 변압기의 위상차가 발생하여 권선의 동손이 증가한다.

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1. 변압기 개요

가. 변압기 구조 및 극성 : 우리나라는 감극성

   ▣ 1,2차 권선의 혼촉 발생시 전압 상승을 억제하여 사고 파급을 방지

  1) 변압기 구조

 

    ▣ 위 변압기 구조를 이용하여 변압기의 권수비를 나타내면 다음과 같다.

 ※ 가역 : V1· I1 = V2 · I2

   변압기 : Tr (Transformer), PT (Potential Transformer) = VT (Voltage Tr) 계기용 변압기

 

나. 변압기 등가회로

   ▣ 변압기 등가회로를 작성하기 위하여 (개방 : 무부하, 단락시험)을 하게 된다.

  1) 변압기 개방시험 등가 회로

 

   ▣ 위의 회로에 대한 등가 회로는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

   ▣ 등가회로를 구성하기 위하여 2차를 1차로 환산한다.

     ⊙ 등가회로를 구성할 때 전류에 대한 임피던스(저항 R, 리액턴스 x)는 전원에 대하여 직렬로 연결되어 있고

         직렬 연결의 매개는 변압비에 의해 결정된다고 할 수 있다.

 

   ▣ 변압기 개방시험을 하면 2차측을 개방하게 되므로 2차측 개방(무부하)에 따라 2차

       전류 (I2)가 흐르지 않으므로 변압기 1차측에 전원 전압을 가하면 부하전류는 흐르지 않고

        1차측 철손 등에 의하여 1차 측에 약간의 전류가 흐르게 된다.

   ▣ 따라서 변압기 개방시험은 1차측 전류만 고려하게 되므로 2차측을 임피던스를 1차측으로 환산하여

        임피던스를 합산하여 주며 이 때 1차측 전류는 철심의 철손에 의한 전류와 변압기 자속발생을 위한

         자화전류로 구성되고 이 둘은 전원에 병렬로 연결된다.

 

    ※ 변압기의 임피던스 합성은 직렬연결, 병렬연결에 따라 다음과 같이 나뉜다.

 

다. 변압기 개방시험

  ▣ 변압기 2차측을 개방하면 2차측에 전류가 흐르지 아니하므로 1차측 전류는 철심에 흐르는

       철손전류와 자화전류(여자전류)가 소량 흐르게 된다.

 1) 여자전류

 

2) 여자 어드미턴스

  ▣ 여자 어드미턴스는 여자 임피던스의 역수를 취하여 산정한다.

 

  3) 철손 Pi [W], 철손은 전력 이므로 다음과 같이 구한다.

 

라. 단락시험

 

 1) 단락시험에서 구할 수 있는 것

  ① 단락전류

 

2. 변압기 결선

  ▣ 변압기 결선 ⇒ 단상 변압기 × 3대 ⇒ 3상 변압기 결선

 가. 3상 변압기 결선

    ※ 전기기사 실기에서는 ① 결선도를 작성하시오.

                                           ② 결선별 특징, Y-△결선의 특징 등의 문제 등이 출제된다.

 1) △-△ 결선

   ① 결선도 및 전압, 전류

 

   ▣ 결선도는 다음과 같다.

 

   ▣ 제3고조파 전류가 △결선내를 순환하므로 정현파 교류 전압을 유기하여 기전력의파형이 왜곡되지 않는다.

   ▣ 1상분이 고장나면 나머지 2대로 V결선 운전이 가능하다.

   ▣ 각 변압기의 상전류가 선전류의 1/√3이 되어 대전류에 적당하다.

 [다른 답]

   ▣ 제3고조파 전류를 제거한다.

   ▣ 각 변위가 없다 (1,2차간의 위상차가 없다)

   ▣ 대전류 결선방식에 유리하다.

   ▣ 1대의 변압기 고장시 V-V결선으로 3상 전원공급이 가능하다.

③ 단점

   ▣ 중성점 접지를 할 수 없으므로 지락 전류 검출이 곤란하다.

   ▣ 권수비가 다른 변압기를 결선하면 순환전류가 흐른다.

   ▣ 각 상의 임피던스가 다른 경우 3상 부하가 평형이 되어도 변압기 부하전류는 불평형이 된다.

[다른 답]

   ▣ 지락사고 발생시 지락전류가 적어 지락사고의 검출이 곤란하다.

   ▣ 지락사고 발생시 건전상의 전위상승이 커서 절연강도가 증가한다.

      ※ 직접접지시 (Y결선) ⇒ 1.3 배 이하

          비접지(△결선) ⇒ √3배 = 1.732배

 

2) Y-Y 결선

 

  ① 결선도 및 전압, 전류

 

 

② 장점

    ▣ 1차 전압, 2차 전압간에 위상차가 없다.

    ▣ 1, 2차 변압기 모두 중성점을 접지할 수 있으며 고압 경우 이상전압이 감소한다.

    ▣ 상전압이 선간전압의 1/√3배 이므로 절연이 용이하며 고전압에 유리하다.

  ③ 단점

    ▣ 제3고조파 전류의 통로가 없으므로 기전력의 파형이 제3고조파를 포함한 왜형파가 된다.

    ▣ 중성점 접지를 하면 제3고조파 전류가 흘러 통신선의 유도장해를 일으킨다.

    ▣ 부하의 불평형에 의하여 중성점 전위가 변동하여 3상 전압이 불평형을 일으킨다.

 

   ※ 이런 문제점으로 변압기에는 Y-Y결선을 잘 사용하지 않지만

     ⊙ PT(계기용 변압기)에서 Y-Y결선을 사용하며

     ⊙ 계기용 변압기에서는 부하불평형이 문제가 되지 않는다.

3) Y-△결선 또는 △-Y 결선

  ① 결선도

 

 ② 장점

   ▣ 한 쪽 Y결선의 중성점을 접지할 수 있다.

   ▣ Y결선의 상전압은 선간전압의 1/√3배 이므로 절연에 용이하다.

   ▣ 1,2차 변압기 중에 △결선이 있어 제3고조파 장해가 적다.

   ▣ Y-△ 결선은 강압용으로 △-Y 결선은 승압용으로 사용할 수 있어 계통에 융통성 있게 사용된다.

③ 단점

   ▣ 1,2차 선간전압 사이에 30˚ 위상차가 발생한다.

   ▣ 1상에 고장이 발생하면 전원 공급이 불가능해진다.

   ▣ 중성점 접지로 인해 유도장해를 초래한다.

【 기출 & 예상문제 】

1. 단상변압기 결선은 보통 △-Y 결선방식을 사용하고 있다.

    이 결선방식의 장점과 단점을 각각 2가지씩 쓰시오.

[장점]

   ① △결선내 제3고조파가 순환하므로 정현파 교류전압을 얻을 수 있다.

   ② Y결선 중성점을 접지할 수 있어 지락전류 검출이 쉽다.

   ③ Y결선의 상전압은 선간전압의 1/√3배 이므로 절연에 용이하다.

[단점]

   ① 1,2차 선간전압 사이에 30˚의 위상차가 발생한다.

   ② 1상에 고장이 생기면 전원 공급이 불가능해진다.

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1. 조명설계

  ▣ 실지수 : 방의 면적을 벽의 면적으로 나눈 비율로서 조명률을 산정하는데 사용..

   ⊙ 실지수가 크다는 것은 같은 전등 높이에서 비춰야할 면적이 크다는 것을 의미하고

   ⊙ 실지수가 작다는 것은 같은 전등 높이에서 비춰야할 면적이 작다는 것을 의미한다.

 

   ▣ 실지수 분류 기호표

기호
실지수
범위
기호
실지수
범위
A
5.0
4.5 이상
F
1.5
1.38 ~ 1.75
B
4.0
3.5 ~ 4.5
G
1.25
1.12 ~ 1.38
C
3.0
2.75 ~ 3.5
H
1.0
0.9 ~ 1.12
D
2.5
2.25 ~ 2.75
I
0.8
0.7 ~ 0.9
E
2.0
1.75 ~ 2.25
J
0.6
0.7 이하

2. 도로 조명 설계

 가. 양측 배열 (대칭배열), 지그재그 배열

  ▣ 도로 양측에 가로등을 배치하여 도로를 양쪽에서 조명하는 방식이다.

 

   ▣ 조도 산정

 

 나. 한쪽 (일렬) 배열, 중앙배열로 등기구 배치

   ▣ 도로 한쪽에 가로등을 배치하거나 도로 중앙에 가로등을 배치하는 방식이다.

 

   ▣ 조도 산정

 

3. 건축물의 표준부하 상정

  ▣ 부하설비 용량 산정

건축물의 종류
표준부하 [VA/㎡]
공장, 공회당, 사원, 교회, 영화관, 연회장
10
기숙사, 여관, 호텔, 병원, 학교, 음식점
20
사무실, 은행, 상점, 이발소, 미장원
30
주택, 아파트
40

  ▣ 건축물 중 별도 계산할 부분의 표준 부하 (Q)

건축물 부분
표준부하 [VA/㎡]
복도, 계단, 세면장, 창고, 다락
5
강당, 관람석
10

  ▣ 표준부하에 따라 산출한 수치에 별도로 가산하여야 할 [VA]수 (C)

    ⊙ 주택, 아파트(1세대)에 대하여 : 500~ 1,000 [VA]

    ⊙ 상점의 진열장에 대하여 진열장 폭 1 [m]에 대하여 : 300[VA]

    ⊙ 옥외 광고등, 전광사인, 네온사인 등의 부하 [VA]

4. 분기회로수 결정

  ① 분기회로수

 

  ② 분기회로수 계산 결과가 소수점이 발생하면 소수점 이하는 결상한다.

  ③ 냉방기기(에어컨디셔너/취사용 기기) 용량이 110[V] 사용 전압에서는 1.5[kW], 220[V] 사용전압에서는

       3[kW] 이상이면 전용분기 회로 적용

  ④ 분기회로의 전류가 주어지지 않을 때에는 16[A]를 표준으로 한다.

5. 전압강하 및 단면적 계산

  ▣ 수용가 설비의 인입구로 부터 기기까지의 전압강하는 다음 표 값 이하이어야 한다.

설비유형
조명 [%]
기타 [%]
저압으로 수전하는 경우
3
5
고압으로 수전하는 경우
6
8

6. 전선의 단면적

  ▣ 배전선로의 전선단면적은 전압강하식을 이용한 약산식으로 산정을 한다.

전기방식
전선 단면적
단상 3선식
3상 4선식
단상 2선식
3상 3선식

7. 역률 개선용 콘덴서 용량

 

  ▣ 역률 개선을 위한 콘덴서 용량 산정시에는 유효전력을 기준으로 하는 방법과 피상전력을 기준으로 하는 방법이다.

 

8. 역률개선 효과

   ① 전력손실 감소    ② 전압강하 감소    ③ 설비용량 여유 증가    ④ 전기요금 감소

9. 역률 개선용 콘덴서의 부속설비

   ▣ 역률 개선용 콘덴서의 부속설비를 복선 결선도를 연결된 모습을 보자.

 

  ▣ 직렬리액터 용량산정

     ⊙ 이론상 4%, 실제 6% ☜ 주파수 등의 변화를 고려하여 증대

 

[예상 적중 문제]

문제1. 3.7[kW], 7.5[kW]의 직입 기동 농형 전동기 및 22[kW]의 기동기 사용 권선형  전동기 3대를

       그림과 같이 접속하였다. (공사방법 B1으로 XLPE 절연전선을 사용하였으며 정격전압은 200[V]이고

       간선 및 분기회로에 사용되는 전선도체의 재질 및 종류는 같다)

 

  ▣ 전동기 공사에서 간선의 굵기, 개폐기 용량 및 적정 퓨즈

 

  (1) 전선에 사용되는 과전류 차단기의 개폐기의 최소 용량은 몇 [A]인가 ?

     가. 과전류 차단기 용량                     나. 개폐기 용량

  (2) 간선의 최소 굴기는 몇 [㎟]인가 ?

 

[문제풀이]

  ▣ 전동기의 용량 합계 : 3.7[kW]+7.5[kW]+22[kW] = 33.2 [kW]

  ▣ 위 표에서 전동기 용량 합계 : 37.5[kW]를 선정

  ▣ 전선 최소 굵기 : 공사방법 B1, 전선종류 XLPE를 활용하여 표에서 전선굵기 : 50[㎟] 선정

  ▣ 농형 전동기는 직입기동, 권선형 전동기는 기동기를 사용한다.

      직입기동은 3.7[kW], 7.5[kW]를 선정하고 기동기 사용은 22[kW]를 선정하여

      전동기중에서 제일 오른쪽에 위치한 기동기 사용 22[kW]를 용량산정 기준으로 설정

      따라서 ① 과전류 차단기 용량 : 150 [A] ② 개폐기 용량 : 200[A]

문제 2. 단상 3선식 110/220[V]를 채용하고 있는 어떤 건물이 있다. 변압기가 설치된

      수전실로 부터 60[m] 되는 곳에 부하집계표와 같은 분전반을 시설하고자 한다.

      다음 표를 참고하여 전압변동률 2[%] 이하, 전압강하율 2[%] 이하가 되도록 다음 사항을 구하시오.

   ① 공사방법은 B1이며, 전선은 PVC 절연전선이다.

   ② 후강전선관공사로 한다.

   ③ 3선 모두 같은 선으로 한다.

   ④ 부하의 수용률은 100[%]로 적용한다.

   ⑤ 후강전선관내 전선의 점유율은 1/3 이내로 유지한다.

 

   [표2] 전선 (피복 절연물을 포함) 단면적 (전선굵기 보정)

 

 (1) 간선의 단면적 [㎟]을 구하시오.

 

 (2) 설비불평형률을 구하시오.

 

 (3) 분전반의 복선 결선도를 그리시오.

 

  [답안작성]

 

  ※ 단상 3선식 다음 부하집계표에 의한 불평형률 / 복선 결선도를 그리시오.

회로
번호
부하 명칭
총 부하
[VA]
부하분담 [VA]
A 선
B 선
1
백열등
2,460
2,460
-
2
형광등
1,960
-
1,960
3
전열
2,000
2,000
4
팬코일
1,000
1,000
합 계
7,420

(1) 설비불평형률

 

(2) 복선결선도를 그리시오.

 

3. 굵기가 4[㎟] 전선 3본, 10[㎟] 전선 3본을 동일 전선관내에 넣을 수 있는 후강 전선관의 굵기를

    주어진 표를 이용하여 구하시오. 단, 전선관의 내단면적의  32 [%] 이하가 되도록 하시오.

 

   ※ 후강 전선관 내단면적, 박강전선관의 내단면적

 

[답안작성]

  ▣ 표에서 전선의 굵기를 피복을 포함한 값을 구하면

    ⊙ 표에서 4[㎟]   ⇒   피복 포함 17 [㎟]

    ⊙ 10[㎟]    ⇒   피복 포함 35 [㎟]

  ▣ 보정계수를 적용하면

    ⊙ 전선관 내부단면적 : 17 ×3× 2.0+35 × 3 × 1.2 = 228 [㎟]

  ▣ 전선관의 굵기 : 전선관 내부 단면적 228 [㎟]는 후강 전선관의 내부 단면적 표의 201 ~ 342 사이에

       있으므로 후관전선관은 36[㎜]를 선정함

   ※ 이 내용은 KEC 내용에서 변경되었음

4. 도면은 어느 건물의 구내 간선 계통도이다. 주어진 조건과 참고자료를 이용하여 다음 각 물음에 답하시오.

  (1) 배전반에 설치된 ACB의 최소 규격을 산정하시오.

  (2) 가교폴리에틸렌 절연 비닐시스 케이블의 영문 약호는 ?

 

 [조건]

   ⊙ 전압은 380 / 220 [V]이며 3φ3w이다.

   ⊙ 케이블은 TRAY 배선으로 한다. (공중, 암거 포설)

   ⊙ 전선은 가교 폴리에틸렌 절연 비닐시스 케이블이다.

   ⊙ 허용 전압강하는 2[%]이다.

   ⊙ 분전반간 부등율은 1.1이다.

   ⊙ 주어진 조건이나 참고자료의 범위내에서 가장 적합한 부분을 적용시키도록 한다.

 

  (1) 배전반에 설치된 ACB의 최소규격을 선정하시오.

    [표2] 기중차단기 (ACB)

TYPE
G1
G2
G3
G4
정격전류
600
800
1,000
1,250
정격절연전압 [V]
1,000
1,000
1,000
1,000
정격 사용전압 [V]
660
660
660
660
극수
3φ4w
3φ4w
3φ4w
3φ4w

  [답안작성]

 

   ▣ 표2에서 734.81[A]는 600[A] ~ 800[A] 사이에 있다.

        따라서 답은 Type G2 800[A]를 선정한다.

 (2) 가교폴리에틸렌 절연 비닐시스 케이블의 영문약호는 : CV

     ▣ VV : 비닐절연 비닐시스 케이블

     ▣ EV : 폴리에틸렌 절연 비닐시스 케이블

     ▣ RV : 고무절연 비닐시스 케이블

5. 어느 건물의 수용가가 자가용 디젤 발전기 설비를 설계하고자 한다. 발전기 용량을

    산출하기 위하여 필요한 부하의 종류와 여러가지 특성이 다음의 부하 및 특성표와

    같을 때 전부하를 운전하는데 필요한 수치값을 주어진 표를 활용하여 수치표 빈칸을

    기록하면서 발전기의 용량 [kVA]을 산정하시오. (단, 전동기 기동시에 필요한 용량은

    무시하고 수용률의 적용은 최대 입력 전동기 한 대에 대하여 100[%], 기타 전동기는

    80[%]로 한다. 또한 전등 및 기타의 효율 및 역률은 100[%]로 한다.

 

                                                          효율          역률

    ※ 전동기   30[kW]    8극    1대      86%           78.5%

                      11[kW]    6극    3대      84%           77.0%

 

[표 4] 수치값 채우기

부하의
종류
출력
[kW]
효율
[%]
역률
[%]
입력 [kVA]
수용률
[%]
수용률 적용값
[kVA]
전동기
30×1
86
78.5
30/(0.86×0.785)
= 44.44
100
44.44×1=44.44
11×3
84
77.0
(11×3) /(0.84×0.77)
= 51.02
80
51.02×0.8=40.82
전등및
기타
60
100
100
60 /(1×1)=60
100
60 ×1=60
합 계

 

6. 가로 8[m], 세로 18[m], 천장 높이 3[m], 작업면 높이 0.75[m]인 사무실에 직부 형광등 (40[W] ×2)을 설치하고자 한다.

   [조건]

     ▣ 작업면 소요조도 1000 [lx]

     ▣ 천장반사율 70 [%]            ▣ 벽반사율 50 [%]             ▣ 바닥반사율 10 [%]

     ▣ 보수율 70 [%]                   ▣ 40[W] × 2 형광등 전광속 8,800 [lm]

 

    (1) 실지수를 구하시오.

 

(2) 조명률은 ?

  ▣ 위 표에서 실지수 2.5, 천장반사율 70[%], 벽반사율 50[%], 바닥반사율 10[%]에 해당하는 조명률을 구하면

       66 [%]가 된다.               답 : 66[%]

 

 (3) 소요 등수는 ?

 

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