빅초이의 자본주의생존기

특수변압기의 종류와 원리

1. 탭 절환 변압기 (Tap-changing Transformer)
   • 기본 원리: 변압기의 1차 권선에 여러 개의 탭을 두어 탭의 위치에 따라 전압 변환 비율을 변경함.
   • 사용 목적: 배전 전압을 일정하게 유지하기 위해 사용됨. 변전소와의 거리 등에 따라 전압 변동이 발생할 수 있는데, 이를 조절하여 일정한 전압을 공급함.
   • 실제 사용 사례: 주상 변압기에서 주로 사용됨. 거리에 따라 전압 차가 발생할 수 있으므로, 일정한 전력을 공급할 수 있도록 돕는다.
2. 단권 변압기 (Autotransformer)
   • 기본 원리: 하나의 권선만을 사용하여 1차와 2차 전압을 모두 공급함. 권선의 일부를 공유하여 구조가 단순함.
   • 장점: 구리 사용량이 적어지고, 변압기 무게가 가벼워짐.

     

3. 계기용 변압기 (Instrument Transformer)
   • 종류: 전압 변성기(VT, PT)와 전류 변성기(CT)로 나뉨.
   • 목적: 전압계 및 전류계에 맞는 적절한 전압과 전류로 변환하여 측정할 수 있게 함.
   • 사용 사례: 고전압을 낮은 전압(예: 110V)으로 변환하여 전압계를 보호하거나, 높은 전류를 낮은 전류로 변환하여 전류계를 보호함.

주요 문제와 해설

1. 탭 절환 변압기의 사용 이유:
   • 배전 전압을 일정하게 유지하기 위해 사용된다.
2. 계기용 변성기:
   • 대전류를 소전류로 변환하여 계측기에 공급하는 기기를 계기용 변성기라 한다.
3. 수변전 설비에서 고압 회로의 전압을 표시하기 위해 필요한 변압기:
   • 계기용 변압기(VT)를 사용한.
4. 단상배전선 전압을 승압하는 단권 변압기의 자기 용량 계산:

변압기의 병렬 운전

1. 필요성
   • 변압기 한 대로 필요한 전력을 공급하기 어려울 때 사용한다.
   • 예시: 아파트 전력 수요 증가 시 추가 변압기 설치
2. 방법
   • 기존 변압기 교체하는 방법과 변압기를 추가 설치하는 방법이 있다.
   • 상대적으로 변압기를 추가 설치하는 것이 비용 면에서 효율적이다.
   • 용량 변화에 따라 유연한 전력 공급 가능

변압기 병렬 운전의 조건

1. 극성 일치
   • 변압기의 극성이 같아야 한다. 여기서 말하는 극성은 +,-를 의미하는 것보다는 변압기 권선의 극성이 일치해야 한다는 것을 의미한다.  
   • 변압기 극성의 종류:
     • 가극성 (Additive Polarity)
       • 의미: 고전압 권선과 저전압 권선의 점 표시 단자를 연결했을 때, 두 권선의 전압 합이 발생하는 경우를 가극성이라 한다.
       • 예시: 변압기의 1차 측과 2차 측 권선의 한 쌍을 연결하고, 나머지 한 쌍의 단자 사이에 전압계를 연결했을 때, 전압계가 두 권선의 전압을 더한 값을 표시한다.
       • 용도: 주로 소형 배전 변압기에서 사용된다.
     • 감극성 (Subtractive Polarity)
       • 의미: 고전압 권선과 저전압 권선의 점 표시 단자를 연결했을 때, 두 권선의 전압 차가 발생하는 경우를 감극성이라 한다.
       • 예시: 변압기의 1차 측과 2차 측 권선의 한 쌍을 연결하고, 나머지 한 쌍의 단자 사이에 전압계를 연결했을 때, 전압계가 두 권선의 전압을 뺀 값을 표시한다.
       • 용도: 대형 전력 변압기에서 주로 사용된다.
2. 전압비 동일
   • 각 변압기의 1차와 2차 권선의 전압비가 동일해야 한다. 전압비가 다른 변압기를 병렬로 연결하면 부하 분담이 고르지 않아 변압기에 과부하가 걸릴 수 있다.
3. 임피던스 비율 동일
   • 각 변압기의 임피던스(전기 저항) 비율이 동일해야 한다. 임피던스가 다른 변압기를 병렬로 연결하면 부하가 고르게 분배되지 않아 특정 변압기에 과부하가 걸릴 수 있다.
4. 용량과 임피던스의 반비례 관계
   • 변압기의 용량이 클수록 임피던스가 작아야 한다. 이는 큰 용량의 변압기가 더 많은 전력을 분담할 수 있도록 하기 위함이다.
5. 저항과 리액턴스 비율 동일
   • 변압기의 저항과 리액턴스의 비율이 동일해야 한다. 이 비율이 달라지면 변압기의 전압 강하와 전류 분담이 불균형하게 된다.
6. 용량 차이 허용
   • 변압기의 용량이 달라도 병렬 운전이 가능하다.

변압기 병렬 운전의 장점

• 유연성 증가: 부하 변화에 유연하게 대응할 수 있다.
• 비용 절감: 큰 변압기를 교체하는 것보다 작은 변압기를 추가하는 것이 비용 면에서 유리하다.

변압기 병렬 운전의 단점

• 설치 복잡성 증가: 병렬 연결 시 추가적인 배선과 설치 작업이 필요하다.
• 관리의 어려움: 여러 변압기를 동시에 관리하고 유지 보수해야 한다.

3상 결선

1. Y-Y 결선
   • 1차, 2차 모두 Y 결선
   • 중성선 존재로 접지 가능
   • 권선 전압이 성관전압의√3배
   • 3고조파 전류 문제 있음
   • 통신선 장애 발생 가능

1. 델타-델타 결선
   • 1차, 2차 모두 델타 결선
   • 한 변압기 고장 시 브결선 가능
   • 3고조파 전류가 권선 내에서 순환
   • 중성선이 없어 접지 불가
2. 델타-Y 결선
   • 1차 델타, 2차 Y 결선
   • 주로 낮은 전압을 높은 전압으로 올릴 때 사용
   • 3고조파 문제 없음
   • 1차, 2차 사이에 30도 위상차 발생
3. 브이결선 (V 결선)
   • 델타 결선 중 한 변압기 고장 시 사용
   • 임시 방편으로 출력 및 효율 감소
   • 변압기 용량의 86.6% 이용
   • 출력 비율 57.7%

자주 나오는 문제 내용 정리

1. 극성 일치 필요: 변압기 병렬 운전 시 극성 일치
2. 출력 용량 달라도 무방: 단상 변압기 병렬 운전 시 출력 용량 차이 가능
3. Y 결선 중성선 접지 가능: 중성선을 이용한 접지 가능
4. 델타 결선 3고조파 문제 없음: 델타 결선 시 3고조파 영향 없음

24강 변압기의 부하 특성과 냉각 요약

변압기의 부하 특성

1. 전압 변동률
   • 변압기에서 정격 전압과 무부하 전압 간의 차이를 나타내는 비율이다.

     

     
     
     
2. 전압 강하 (Voltage Drop)
   • 전기 회로에서 전류가 흐를 때 저항 또는 임피던스 때문에 전압이 감소하는 현상을 의미한다.

   • 

3. 리액턴스 (Reactance)
   • 교류 회로에서 전류와 전압 사이의 위상 차이를 발생시키는 성분이다.
   • 유도성 리액턴스 (Inductive Reactance, (X_L))
     • 코일이나 인덕터가 전류의 흐름을 방해하는 성질이다.

     • 

   • 용량성 리액턴스 (Capacitive Reactance, (X_C))
     • 콘덴서가 전류의 흐름을 방해하는 성질이다.

     • 

4. 백분율 전압 강하
   • 저항 강하와 리액턴스 강하로 구분된다.
   •  

변압기의 냉각 방식

1. 자연 냉각
   • 소형 변압기에서 사용되며, 추가적인 냉각 장치 없이 자연적으로 냉각된다.
2. 유입 냉각
   • 변압기 내부에 절연유를 넣어 열을 산시키는 방식이다.
   • 유입 풍랭식: 기름을 사용하여 바람으로 냉각.
   • 유입 수냉식: 기름과 물을 사용하여 냉각.
3. 콘서베이터와 브리더
   • 변압기의 열화 방지를 위한 장치들이다.
   • 콘서베이터: 절연유 열화방지장치. 변압기의 오일 레벨을 유지하고, 내부 압력을 일정하게 유지하는 역할.
   • 브리더: 공기 중 습기를 제거하는 역할을 함.

변압기의 이상 검출 방법

1. 계전기
   • 변압기의 기계적 이상을 검출한다.
2. 비율 차동계전기
   • 변압기의 전기적 이상을 검출하며, 변압기의 비율 차이를 감지하여 이상을 검출한다.

변압기 절연유의 조건

연습 문제 예시 및 풀이

1. 전압 변동률 계산
   • 주어진 % 저항 강하와 % 리액턴스 강하, 역률을 통해 전압 변동률을 계산하는 문제이다.
   • 예: % 저항 강하가 2%, % 리액턴스 강하가 3%, 역률이 0.8일 때 전압 변동률을 계산한다.
   • 풀이:

     

2. 비율 차동계전기 문제
   • 변압기의 비율 차이를 감지하여 이상을 검출하는 비율 차동계전기 관련 문제이다.
   • 예: 전압 변동률이 주어졌을 때 퍼센트 저항 강하를 계산하는 문제.
   • 풀이: