변압기 정리와 기출문제

정답 ③

변압기의 절연유(기름)는 온도에 따라 늘어나고 줄어드는데, 외부 공기와 직접 닿으면 산소를 빨아들여 산화되어 열화됩니다.

콘서베이터(보존 탱크)는 본체 위에 붙은 별도의 작은 기름 탱크로, 유의 팽창·수축을 여기서 흡수해 본체의 기름이 외기와 직접 닿지 않게 합니다. 공기와 닿는 것은 콘서베이터 쪽 기름뿐이므로 본체 절연유의 열화가 방지됩니다.

부싱은 전선을 몸통 밖으로 끌어내는 절연 관통 단자이고, 주름 철판은 열을 식히는 방열용이라 열화 방지와 관계없습니다.

이런 문제가 나오면 → '기름 보존=콘서베이터(+브리더), 열 방출=주름 철판'으로 기능별로 묶어 기억합니다.

근거 : 정답 근거: 콘서베이터(Conservator)는 변압기 본체 위에 설치된 별도의 유류 탱크로, 절연유가 외기와 직접 접촉하지 않도록 하여 산화·열화를 방지한다.

정답 ③

와류손(맴돌이 전류손)은 철심을 통하는 자속 변화로 생기는 맴돌이 전류 때문에 발생하는 손실입니다. 이 손실 크기는 철판 한 장의 두께 t의 '제곱'에 비례합니다. Pe ∝ t²가 핵심입니다.

두께를 2배로 늘리면 2² = 4, 즉 와류손은 4배로 증가합니다.

①의 2배는 두께에 단순 비례한다고 착각한 것이고, ½배·¼배는 반비례로 혼동한 것입니다. 실제로는 철심을 얇은 철판으로 적층해 와류손을 줄이는 것이므로 두께가 커지면 손실도 커집니다.

이런 문제가 나오면 → '와류손=두께²'만 기억하고, 히스테리시스손은 두께와 무관하다는 점을 구분하세요.

근거 : 핵심 공식: $P_e \propto k_e f^2 B_m^2 t^2$. 암기팁: '와류손은 두께의 제곱'이라는 관계를 히스테리시스손(두께와 무관)과 구분해서 기억한다.

정답 ③

변압기에 부하가 걸리면 내부 저항과 리액턴스(전류의 변화를 막는 성질) 때문에 전압이 조금 떨어져요. 그 떨어지는 비율이 '전압 변동률'입니다.

역률이 80%(늦음)라는 건 전류가 전압보다 뒤처져 흐른다는 뜻이에요. 이때는 공식에 '더하기'를 씁니다.

풀이 순서:

1) cosθ = 0.8

2) sinθ는 0.8과 짝이 되는 값 = 0.6

(0.6×0.6 + 0.8×0.8 = 1이 되는 짝)

3) ε = p×cosθ + q×sinθ

= 2×0.8 + 3×0.6

= 1.6 + 1.8

= 3.4[%]

이런 문제가 나오면 → '늦음(지상)은 더하고, 빠름(진상)은 빼고'를 떠올리자!

근거 : 핵심 공식: 지상 역률 $\epsilon=p\cos\theta+q\sin\theta$, 진상 역률은 $\epsilon=p\cos\theta-q\sin\theta$. 암기팁: '지상은 더하고 진상은 뺀다'로 부호 규칙을 기억한다.

정답 ①

기름튀김 팬 안에서 뭔가 타면 거품과 냄새가 올라오죠? 그것처럼 유입 변압기(기름 통 안에 코일이 잠겨 있는 변압기) 안에서 내부가 망가지면 기름이 타면서 가스 거품이 생깁니다.

브흐홀쯔 계전기는 이 가스와 기름의 흐름을 감지(알아채는 것)해서 '변압기 안에 문제가 생겼다!'고 알려주는 장치예요.

그래서 이 계전기는 기름 통 구조인 유입 변압기에만 붙일 수 있습니다.

발전기, 전동기, 회전 변류기는 기름 통이 아니라서 붙일 곳도 없겠죠?

이런 문제가 나오면 → '브흐홀쯔 = 변압기(기름 통 속 가스 감지)' 한 덩어리로 외우면 바로 정답!

근거 : 정답 근거: 브흐홀쯔 계전기(Buchholz Relay)는 변압기 내부에서 절연유 열화나 아크로 인해 발생하는 가스·유류의 흐름을 감지하여 변압기의 경미한 내부 고장부터 중대한 고장까지 검출·보호하는 장치이다.

정답 ①

단권 변압기(오토트랜스포머)는 1차와 2차가 한 권선을 공유하므로, 부하용량 전체가 아니라 전압의 '차이만큼의 비율'만 자석(철심)을 통해 전달됩니다. 이 부분이 자기용량입니다.

공식: 자기용량 = 부하용량 × (V_H − V_L) / V_H. V_H는 높은 쪽 전압(3,300V), V_L은 낮은 쪽 전압(3,000V)입니다.

대입: 1000 × (3300 − 3000) / 3300 = 1000 × 300/3300 ≈ 90.9[kVA] → 약 90kVA입니다.

② 470, ④ 30 등은 비율의 분모·분자를 잘못 잡아 나온 오답입니다. 반드시 '전압차 ÷ 높은 전압' 비율을 쓰세요.

이런 문제가 나오면 → (V_H − V_L)/V_H에 부하용량을 곱하면 바로 나옵니다.

근거 : 핵심 공식: 단권변압기 자기용량 $=$ 부하용량 $\times\frac{V_H-V_L}{V_H}$. 암기팁: '단권변압기는 전압차 비율만큼만 자기용량을 부담한다'로 기억한다.

정답 ①

변압기 안에는 절연과 냉각을 위해 절연유(기름)가 들어 있습니다. 이 기름이 외부 공기와 직접 닿으면 산소와 수분을 흡수해 성능이 나빠지는데, 이것을 '열화'라고 합니다.

콘서베이터(conservator, 보존 탱크)는 본체 옆에 붙은 작은 기름 통으로, 온도 변화로 기름이 늘어나고 줄어드는 것을 받아주면서 공기와 닿는 면적을 최소화해 산화와 수분 흡수를 막습니다. 보통 실리카겔 호흡기와 함께 씁니다.

방열 효과 증대는 방열판(주름 철판)의 역할이고, 코로나 방지는 부싱 설계와 관련되어 콘서베이터의 목적과 다릅니다.

이런 문제가 나오면 → '콘서베이터 = 기름 보존 = 열화 방지'로 연결하세요.

근거 : 정답 근거: 콘서베이터는 변압기 절연유가 외부 공기와 직접 접촉하는 것을 막아 절연유의 산화·수분 흡수로 인한 열화를 방지하는 목적으로 설치된다.

정답 ③

변압기에서 1차측(전원쪽)과 2차측(부하쪽)은 권수비(코일 감은 수의 비율) a로 연결되어 있습니다. 2차측 값을 1차측 값으로 바꾸는 것을 '환산'이라고 하는데, 전압을 환산할 때는 권수비를 곱하면 됩니다.

공식은 V₁' = a × V₂입니다. 즉 정격 2차 전압에 권수비를 곱한 값이 곧 1차측으로 환산한 값이므로 '정격 2차 전압 × 권수비'가 정답입니다.

오답을 보면 '정격 출력일 때의 1차 전압', '무부하 시 1차 전압'은 환산 개념이 아니라 실제 운전 조건을 묻는 말이므로 답이 될 수 없습니다. '임피던스 전압 × 권수비'는 내부 임피던스 강하를 환산하는 것으로 정격 전압 환산과 다릅니다.

이런 문제가 나오면 → "2차→1차 전압 환산은 전압 × 권수비"를 그대로 적용하세요.

근거 : 핵심 공식: $V_1'=aV_2$(권수비를 이용한 전압 환산).

정답 ②

변압기는 권수비 a = N₁/N₂ = V₁/V₂ = I₂/I₁의 관계를 가집니다. 즉 전압비는 권수비와 같지만, 전류는 반대로 감은 수가 많은 쪽 코일에 작은 전류가 흐릅니다.

2차 전류를 1차측으로 환산하는 공식은 I₁ = I₂ ÷ a입니다. 문제에 대입하면 I₁ = 1000 ÷ 100 = 10[A]가 되므로 정답은 10[A]입니다.

전압 환산과 혼동해서 1000 × 100처럼 곱하는 방향으로 계산하면 엉뚱한 큰 값이 나와 틀립니다. 전류는 권수비로 '나누는' 방향이라는 점을 꼭 기억하세요.

이런 문제가 나오면 → "전압은 곱하고, 전류는 나눈다"를 먼저 확인한 뒤 계산하세요.

근거 : 핵심 공식: $a=\frac{N_1}{N_2}=\frac{V_1}{V_2}=\frac{I_2}{I_1}$. 암기팁: '전류비는 권수비의 역수'라는 점을 항상 확인한다.