전기기사 핵심 요약 - 변전설비 - 변압기 2

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.