전기기사 핵심 요약 - 변전설비 - 변압기 4

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

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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

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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

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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

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【 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

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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

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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%)

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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.

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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.

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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]