★ 변압기 (Transformer =Tr)
▣ 전자 유도 법칙에 의하여 전압 변동 ⇒ 고 → 저 전압 : 강압
저 → 고 전압 : 승압
▣ 정지기
※ 철심과 코일 사이에 절연지(크레프트)로 절연되어 있음에도 불구하고
1차측 전원과 2차측이 연결되어 있다는 것은 전기적 성질 이외의 것이 작용
변압기는 전기회로와 자기회로가 결합된 형태이다.
▣ 변압기 구조 : 철심과 코일로 구성
※ 변압기는 단상을 기준으로 분석한다.
▣ 단상 변압기 P = VI [VA] 변압기의 용량은 피상전력을 기준으로 한다.
변압기 철심의 규소함유량 : 4~4.5% 히스테리시스손[Ph]를 감소시킨다.
성층철심 : 와류손을 감소시킨다.
Pe ∝ t2 강판두께
철심 강판 두께 (t) 0.35~0.03[㎜]
절연유 기름 - 절연
- 냉각
변압기 내부에서 발생하는 가스 (특히 수소(H2)를 막아준다)
수소가스는 온도 상승 등으로 발생하는데 절연유가 대류작용으로
온도 상승을 막아준다. 절연유는 외부의 방열판으로 냉각효과 발생
※ 절연유의 구비조건
① 절연내력이 클 것 (30[kV/2.5[㎜])
② 인화점이 높고 응고점이 낮을 것
③ 화학작용을 일으키지 않을 것
④ 비열이 커서 냉각효과가 클 것
⑤ 점도가 낮을 것 (순환작용을 할 수 있도록)
⑥ 산화되지 않을 것
★ 변압기 유 의 열화방지 대책 ★
열화 : 기능의 저하, 특성의 저하
⊙ 열화의 원인 : 기압차, 부하의 변화
부하 ↑ ⇒ 전류 I2R ⇒ I = R↑ ⇒ 열 ⇒ 온도상승, 부피팽창
부하 ↓ ⇒ 전류 I2R ⇒ I = R↓ ⇒ 열 ⇒ 온도하강, 부피감소
⊙ 열화의 원인 : 공기와 접촉, 공기중의 수분흡수,
영향 : 절연내력 저하, 냉각효과 저하, 침식작용
⊙ 대책
- 개방형 콘서베이터 방식 : 콘서베이터 방식, 흡습기 ⇒ 실리카겔
- 밀봉방식 : 콘서베이터 방식
- 질소봉입 방식 질소봉입방식
- 흡착제 방식 : 실리카겔 ⇒ 소형에만 사용
V1과 E1은 크기는 같고 방향이 반대, 위상차는 180˚ π
V1 = E1 I1 - I1' = I0 - 무부하전류 = 여자전류
기자력 : 자속(φ)을 발생시키는 능력 (힘)
▣ 주상변압기 고압측에 몇 개의 탭(Tap)을 두는 이유는 ?
수전점의 전압을 일정하게 유지하기 위하여
【실제변압기】
▣ 이상적인 변압기는 손실을 고려하지 않았는데
실제 변압기는 전선에 저항으로 인한 저항손과 철심의 철손이 발생한다.
따라서 실제 변압기에서는 이러한 손실을 감안하여 분석해야 한다.
▣ 변압기의 코일은 근본적으로 전선에 해당하므로 고유저항이 있게 되고 이 고유저항은
전류의 흐름과 관계없이 발생하는 저항이다. 코일에는 고유저항이외에 흐르는 전류에
의해 자속이 발생하고 이 자속은 전류의 흐름을 방해하는 방향으로 유기기전력을
발생하므로 리액턴스란 저항을 생기게 마련이다. 특히, 변압기에서는 전선의 고유저항
보다는 리액턴스에 의한 저항성분이 헐씬 크다.
실제 변압기에서는 1차측 코일에서 발생한 자속이 전부다 철심을 통해 2차측에 전달
되는 것이 아니라 1차측에만 영향을 주고 마는 자속이 있고, 2차측도 마찬가지로
1차측에 전달되지 못하는 자속이 있기 마련이다. 이런 자속을 누설자속이라고 하며
이 누설자속이 리엑턴스 저항역할을 하게 된다.
따라서 변압기에서는 자속을 이야기할 때 누설자속을 말한다.
⊙ 누설리액턴스
※ 변압기는 누설리액턴스, 누설임피던스가 저항의 대부분을 차지한다.
변압기의 임피던스는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
【 변압기 무부하시험 = 개방시험】
변압기 무부하 시험은 2차측을 개방하고 시험을 하는 것이다.
2차측을 개방하면 2차측 전선에는 전류가 흐르지 않는다 따라서 I2 = O이다.
2차측의 전류가 I2 = O이면 2차측에는 변화가 없으므로 2차측은 제외하고
1차측만 분석 대상으로 한다.
2차측을 개방하면 1차측에는 철심의 저항과 코일의 리액턴스 저항에 의한 전압강하
로 인한 V1, E1간의 약간의 전압차이로 매우 약한 전류가 흐르는데
이를 무부하전류, 여자전류라고 한다.
1차측의 철심과 코일부분은 전원전압 V와 유기기전력 E가 같으므로 병렬연결로
볼 수 있다.
변압기 1차 회로부분만 등가회로로 만들면 아래 그림과 같다.
1차측 전류 I는 매우 작은 전류가 흐르는데 이를 무부하전류, 여자전류라 한다.
무부하 전류, 여자전류 I0는 철심에 흐르는 전류 Ii 와 누설자속 즉 자속을 발생하는
전류 Iφ 로 나뉘어 진다. 전류가 흐르게 되며 저항이 발생하게 되는데 철손전류 Ii 는
철손저항을, 자화전류 Iφ 는 누설리액턴스를 발생하게 된다.
이들 저항과 리액턴스는 철손은 저항이므로 전압과 위상차이가 없고 누설리액턴스는
전압보다 늦은 위상으로 이 둘은 벡터적으로 계산하게 된다.
한편 코일부분과 철심부분은 병렬로 연결되어 있기 때문에 저항과 리액턴스를
이들의 역수인 컨덕턴스와 서셉턴스로 바꾸어 계산하게 되면 편리하다.
즉 병렬회로에서는 저항과 리액턴스 보다는 컨덕턴스와 서셉턴스로 바꾸어 계산한다.
▣ 여자전류
⊙ 여자전류 I0 - I φ : 자화전류 - 자속 φ 발생
- Ii : 철손전류 - 철손(Pi) 발생
여자전류 I0 = Ii + I φ ⇒ 벡터 합으로 계산
2) 철손을 구해보자
⊙ 철손은 전력손실(I2R)이기 때문에 저항성분과만 관련이 있고 리액턴스성분과는
관련이 없다. 따라서 2차측 개방상태에서는 1차측의 유효전력이 철손이 된다.
▣ 무부하시험에서 가장 중요한 것 : 철손
⊙ 철손은 무부하손이다. 무부하손은 철손이다.
3) 여자 컨덕턴스 (g0)
4) 변압기 여자전류 (I0) 에 가장 많이 포함된 고조파 전류
⇒ 제3고조파 전류 (제거 : △결선으로 제거)
5) 여자전류 (I0)와 권수 (N)과의 관계
6) 2차를 개방하였을 때 1차에 흐르는 전류 (I0)는 여자어드미턴스에 의해 결정
【 무부하시험을 통해서 구할 수 있는 것】
① 여자전류(I0) = 무부하전류
② 자화전류, 철손전류
③ 컨덕턴스(g0), 서셉턴스(b0)
④ 여자 어드미턴스 (Y0)
⑤ 여자 임피던스 (Z0)
⑥ 철손 (Pi)
▣ 무부하시험에서 가장 중요한 것 : 철손
⊙ 철손은 무부하손이다. 무부하손은 철손이다.
【 2차를 1차로 환산한 임피던스】 【1차를 2차로 환산한 임피던스】
2. 변압기 단락시험 = <부하시험 : 정격부하와 같은 조건을 만듬)
단락시험 : 변압기의 1차측에 정격전류가 흐를 때 변압기 내에서 발생하는
전압강하(전압손실)와 동손(전력손실)을 구하기 위함
1) 전압강하 ⇒ 임피던스 전압 (Vs) = 1차측에 인가한 전압
⊙ 1차 정격전류가 흐를 때 변압기에서 발생하는 전압강하
⊙ 2차측 단락했을 때 1차측에 정격전류가 흐르게 하기 위한
1차측에 인가한 전압 ⇒ KVL 전압법칙
★★ 【 단락시험에 대해 상세하게 알아 보자 】
▣ 먼저 정격부하 상태에서 정격전류를 구해 보자
⊙ 변압기의 정격부하가 299[Ω], 1차측으로 환산한 변압기의 임피던스를 1[Ω]
1차측 정격전압이 3000[V]라고 한다면 1차측 정격전류를 구할 수 있다.
▣ 이제 2차측을 단락한 후에 1차측에 정격전압을 가한 경우 1차측 정격전류를 구해보자.
존재하지 않는 이미지입니다.
⊙ 2차측을 단락하였으므로 변압기의 정격부하는 없어 지고 변압기 회로에는1차측으로
환산한 변압기의 임피던스 1[Ω] 만 남게 되고 1차측 정격전압이 3000[V] 이므로
1차측 전류를 구할 수 있다.
한편, 단락 상태에서 높은 전압을 걸면 그 전압이 높은 전류로 이어지므로 고전압을 걸게
되면 변압기는 고장을 일으키게 되고 어떠한 시험을 할 수 없게 된다.
따라서 단락시험은 2차측을 단락한 후에 1차측의 전압을 0에서 부터 서서히 변압기의
단락회로에 정격전류가 흐르는 전압까지 올려 시험을 하게 된다.
단락시험은 다음과 같은 순서에 따라 시행한다.
① 시험 변압기 2차측을 단락한다.
② 2차측 정격전류를 확인한다.(아파트라면 시험의뢰 아파트에 물어본다, 정격전류는
정격 부하용량과 같은 개념이다)
③ 1차측 전압을 0에서 부터 서서히 올린다.
④ 1차측 전류가 정격전류와 같아질 때까지 전압을 올린다.
⑤ 1차측 전류가 정격전압과 같아지면 상황 끝
【 단락시험을 통해서 구할 수 있는 것 】
① 임피던스 전압 = 전압강하
② 임피던스 와트 (동손)
③ 전압변동률
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