변압기 (Transformer) - 2

변압기 사용과 정격

번압기의 정격은 변압기를 사용할 때에 보증된 사용 한도를 정격이라 하며 사용상 필요한 기본적인 항목인 용량, 전압, 전류, 주파수 및 역률에 대하여 설정됩니다. 변압기에 예정된 운전방법, 즉 사용에는 8종류가 있습니다.

 

정격 용량은 정격 2차 전압, 정격 주파수 및 정격 역률에서 지정된 온도 상승 한도를 초과하지 않고 2차 단자 간에 얻을 수 있는 피상 전력을 말하며 kVA 또는 MVA로 표시합니다. 권선이 3개 이상 있는 변압기에서는 편의상 각 권선 용량 중 최대의 것을 정격 용량으로 한다. 이밖에 직렬 변압기를 가진 변압기, 전압조정기 또 단권변압기 등으로 그 크기가 같은 정격 용량을 가진 2 권선 변압기와 현저한 차이가 있을 때에는 그 출력의 정격 전압과 전류에서 산출되는 피상 전력을 선로 용량, 등가의 2 권선 변압기로 환산한 용량을 자기 용량이라고 구별합니다.

 

정격 전압 및 전류는 모두 권선별로 지정하여 실효값으로 표시된 사용한도 전압․전류입니다. 3상 변압기 등 다상 변압기의 경우 선로 단자간의 전압을 사용합니다. 미리 Y결선으로서 3상에서 사용하는 것이 결정되어 있는 단상 변압기의 경우에는 Y-Y 결선 시 선간전압/√3”과 같이 표시합니다.

 

정격 주파수와 정격 역률은 변압기가 그 값으로 사용할 수 있도록 만들어진 주파수․역률 값을 말하며, 정격 역률은 특별히 지정되어 있지 않을 때에는 100%로 간주합니다. 주파수는 50㎐, 60㎐의 2종류가 표준입니다. 60㎐ 전용기는 50㎐에서 사용할 수 없는데 50㎐ 전용기는 임피던스 전압이 20% 높아지는 것을 고려한다 60㎐에서 사용할 수 있습니다. 유도 부하의 경우에는 역률이 나빠지는 데 따라 전압 변동률이 커진다. 또한 정격 역률이 낮으면 효율도 나빠집니다.

 

주요 시방과 특성

변압기의 상수는 단상이나 3상중 어느 것입니다. 단상의 경우에는 2차도 단상입니다. 3상인 경우에 2차는 일반적으로 3상이지만 단상과 3상의 공용이나 반도체 전력 변환장치용 변압기에서는 6상, 12상의 것이 있습니다. 단상변압기는 예비 기인 점에서 유리하지만 최근에는 변압기의 신뢰도가 향상되어 있고 3상기가 경제적이며 효율도 좋고 설치 면적이 작기 때문에 3상 변압기의 사용이 늘고 있습니다.

 

결선은 단상변압기인 경우에는 2차측의 결선은 단상 3선식이 많고 불평형의 부하에도 대응할 수 있도록 2차 권선은 분할 교차 권선으로 되어 있습니다. 3상 변압기의 경우에는 1차, 2차 모두 Y, △를 다 선정할 수 있습니다. 여자전류 중의 제3조파를 흡수하기 위해 1차 ,2차 중 적어도 한쪽을 △로 해야 합니다. Y-Y의 경우에는 3차에 △을 설치하는 것이 보통입니다. 또한 2차 측을 Y-Y로 하여 중성점을 인출하여 3상 4선식으로 하는 경우도 많습니다.

 

변압기의 주요 사용 장소는 옥내․옥외의 구별 외에 표고(1,000m를 초과하면 설계상 고려가 필요)가 높아지면 공기밀도가 작아지기 때문에 냉각적으로나 절연적으로도 영향을 미칩니다. 또한 구조에 영향을 미치는 사용상태, 가령 한지(가스켓, 절연유 등에 영향)에서의 사용, 바닷바람을 받는 장소(부싱, 탱크의 방청 등에 영향)에서의 사용, 소음 레벨의 한도, 폭발성 가스 속에서의 사용 등 특별한 고려가 필요한 장소가 있습니다.

 

임피던스 전압 및 전압 변동률은 변압기에 정격전류를 흐르게 했을 때 권선의 임피던스(교류 저항 및 누설 리액턴스)에 의한 전압강하를 임피던스 전압이라고 하며 지정된 기준 권선 온도로 보정하여 그 권선의 정격전압에 대한 백분율로 표시합니다. 또한 그 저항분 및 리액턴스분을 각각 저항전압, 리액턴스 전압이라고 합니다. 임피던스 전압은 너무 크면 전압 변동이 커지고 또한 너무 작으면 변압기 부하 측 회로의 단락전류가 과대하게 되어 변압기는 물론이고 직렬기기, 차단기 등에도 영향을 미치므로 높은 쪽의 권선 전압에 의하여 결정되는 표준값을 기준으로 합니다. 또한 병렬운전을 하는 변압기에서는 임피던스 차에 의하여 횡류(Cross Current)가 생기는 등 여러 가지 문제에 큰 영향을 미칩니다. 변압기를 전부하에서 부분부하로 하면 2차 전압은 상승한다. 이 전압 변동의 정격 2차 전압에 대한 비율을 백분율로 표시한 것을 전압변동률이라 합니다. 전압 변동률은 저항 전압, 리액턴스 전압 및 정격 역률의 함수로 2 권선 변압기의 경우에는 임피던스 전압 온도 환산 및 전압 변동률 산출식에 의하여 산출할 수 있습니다.