변압기 병렬운전

공개 문항 3개

1. 문항 1 전기기기 · 변압기

   3상 변압기의 병렬운전시 병렬운전이 불가능한 결선 조합은?

   1. Δ-Δ 와 Y-Y
   2. Δ-Δ 와 Δ-Y
   3. Δ-Y 와 Δ-Y
   4. Δ-Δ 와 Δ-Δ

   정답과 해설

   정답 2번

   병렬운전은 위상(각변위)이 같아야 가능한데, Δ-Δ(0°)와 Δ-Y(30°)는 위상차 30°로 순환전류가 흘러 불가능하다.

   풀이

   3상 변압기 병렬운전이 가능하려면 두 변압기군의 각변위(위상각)가 같아야 한다.

   Δ-Δ(0°)와 Y-Y(0°)는 각변위가 같아 병렬운전 가능하고, Δ-Y(또는 Y-Δ)는 1차·2차 사이에 30° 위상차가 발생하므로 Δ-Δ(0°)와 Δ-Y(30°)를 병렬로 연결하면 위상차로 인해 순환전류가 흘러 병렬운전이 불가능하다.

   Δ-Y와 Δ-Y끼리, Δ-Δ와 Δ-Δ끼리는 각각 위상이 같으므로 병렬운전이 가능하다.

   처음이라면

   두 변압기를 나란히 연결(병렬운전)하려면 '출발 신호'가 완전히 같아야 해요. 마치 두 사람이 줄다리기를 하는데 한 명은 '출발!'에 맞추고 다른 한 명은 30도 회전한 시계에 맞춰 당긴다면 서로 엉켜서 힘이 낭비되겠죠?

   Δ(델타, 삼각형 결선)와 Y(와이, 별 모양 결선)가 서로 다른 변압기는 1차와 2차 사이에 30° 만큼 위상(전기 신호의 타이밍) 차이가 생겨요.

   ① Δ-Δ(0°)와 Y-Y(0°): 위상이 같음 → 가능

   ② Δ-Δ(0°)와 Δ-Y(30°): 위상이 다름 → 순환전류가 흘러 불가능!

   ③ Δ-Y와 Δ-Y: 서로 같음 → 가능

   ④ Δ-Δ와 Δ-Δ: 서로 같음 → 가능

   이런 문제가 나오면 → Δ(또는 Y)가 섞인 결선(Δ-Y, Y-Δ)은 30° 위상차가 있다고 기억하고, 서로 다른 위상끼리 병렬은 무조건 불가능이라고 판단하세요.

   한 걸음 더

   3상 변압기 병렬운전 조건: 각변위(위상각)가 동일해야 한다.

   Δ-Δ = 0°, Y-Y = 0°, Δ-Y(또는 Y-Δ) = ±30°.

   ② Δ-Δ(0°)와 Δ-Y(30°)는 위상차 30° → 순환전류 발생으로 병렬운전 불가.

   ①은 둘 다 0°라 가능, ③④는 같은 결선끼리라 가능.

   이 유형 패턴: 결선 조합 중 Δ-Y(Y-Δ)가 한쪽에만 있으면 위상차로 탈락.

   꿀팁: 'Δ-Y = 30°' 하나만 외워두면 병렬운전 문제는 바로 풀린다.

2. 문항 2 전기기기 · 변압기

   변압기의 병렬운전에서 필요치 않은 것은 무엇인가?

   1. 1차, 2차의 정격전압이 같을 것
   2. 3상의 경우 상회전 방향이 같을 것
   3. 정격 출력이 같을 것
   4. 극성이 같을 것

   정답과 해설

   정답 3번

   병렬운전 조건은 극성·정격전압(권수비)·상회전·%임피던스 일치이며 정격 출력(용량)은 같지 않아도 된다.

   풀이

   변압기 병렬 운전의 필수 조건은 극성, 권수비(1차·2차 정격전압), 3상의 경우 상회전 방향과 각변위, 퍼센트 임피던스가 같아야 한다는 것이다.

   정격 출력(용량)은 서로 달라도 병렬 운전이 가능하며, 다만 %임피던스가 다르면 부하 분담이 용량에 비례하지 않게 되는 문제만 생긴다.

   따라서 정격 출력이 같아야 한다는 것은 필수 조건이 아니다.

   핵심 공식: 병렬운전 조건 - 극성/권수비/상회전/%Z 일치

   암기팁: '극수상%(퍼센트)' 앞글자로 병렬운전 4대 조건을 암기.

   처음이라면

   변압기 두 대를 병렬로 연결해 함께 부하에 전력을 보내려면 몇 가지 조건이 맞아야 한다. 극성이 같아야 하고(④), 권수비가 같아 1차·2차 정격전압이 같아야 하며(①), 3상에서는 상회전 방향(위상의 순서)도 같아야 한다(②). 여기에 %임피던스까지 같으면 부하가 각 변압기에 골고루 분담된다.

   그러나 정격 출력(용량, kVA)까지 같을 필요는 없다. 용량이 달라도 %임피던스만 맞으면 용량 비율대로 부하를 나눠 가질 수 있기 때문이다. 따라서 '정격 출력이 같을 것'은 병렬운전의 필수 조건이 아니다.

   이런 문제가 나오면 → 병렬운전 조건 4가지(극성·정격전압·상회전·%Z)만 외우고 '용량은 달라도 된다'를 기억하면 ③을 골라낼 수 있다.

   한 걸음 더

   병렬운전 필수 조건: 극성·권수비(1·2차 정격전압)·상회전·%임피던스 일치. 정격 출력(용량)은 달라도 병렬운전이 가능하므로 필요치 않은 것은 ③

   ①②④(및 %Z 일치)는 모두 조건에 해당해 소거된다.

   조건 4가지 중 '필요 없는 것 고르기' 형태로 자주 출제된다.

   꿀팁: '극-전압-상-%' 4종 세트, '용량 제외'로 암기.

3. 문항 3 전기기기 · 변압기

   단상 변압기의 병렬운전 조건에 대한 설명 중 잘못된 것은?

   1. 각 변압기의 극성이 일치할 것
   2. 각 변압기의 권수비가 같고 1차 및 2차 정격전압이 같을 것
   3. 각 변압기의 백분율 임피던스 강하가 같을 것
   4. 각 변압기의 저항과 임피던스의 비는 $\frac{x}{r}$일 것

   정답과 해설

   정답 4번

   「저항과 임피던스의 비」가 아니라 저항과 리액턴스의 비가 서로 같아야 하므로 이 설명이 잘못됐다.

   풀이

   「저항과 임피던스의 비」가 아니라 저항과 리액턴스의 비가 서로 같아야 하므로 이 설명이 잘못됐다.

   풀이

   병렬운전은 두 대 이상의 변압기를 같은 부하에 함께 연결하여 운전하는 것이다.

   각 변압기가 용량에 비례해 부하를 나누고, 변압기 사이에 순환 전류가 흐르지 않아야 한다.

   저항과 리액턴스의 비가 다르면 부하 역률이 바뀔 때 전류 분담이 불균형해진다.

   그러면 일부 변압기가 과열될 수 있으므로, 각 변압기의 저항과 리액턴스의 비가 같아야 한다.

   $\frac{x}{r}$는 리액턴스를 저항으로 나눈 값이다. 이 값이 어떤 크기여야 한다는 조건은 없고, 변압기끼리 같으면 된다.

   나머지 보기

   · 극성이 일치할 것 — 옳다. 극성이 반대면 내부가 단락 상태가 되어 큰 순환 전류가 흐른다.

   · 권수비가 같고 1차 및 2차 정격전압이 같을 것 — 옳다. 전압이 다르면 부하 전류가 불균형해져 한쪽이 과부하된다.

   · 백분율 임피던스 강하가 같을 것 — 옳다. 다르면 임피던스가 낮은 변압기에 부하가 몰린다.

   헷갈리는 점

   보기에 「임피던스」 낱말이 들어 있어 옳은 조건처럼 보인다. 비를 맞추는 대상은 저항과 리액턴스다.

   한 걸음 더

   「저항과 임피던스의 비」가 아니라 저항과 리액턴스의 비가 서로 같아야 하므로 이 설명이 잘못됐다.

   단상 변압기 병렬운전: 극성 일치, 권수비·1·2차 정격전압 일치, %임피던스 강하 일치, 저항과 리액턴스의 비 일치

   보기에 「임피던스」 낱말이 들어 있어 옳은 조건처럼 보인다.