개념 한 쪽
단권변압기는 1차와 2차 권선의 일부를 공유하는 변압기다. 공통 권선 덕에 소형·경량·고효율에 전압변동률까지 작아 초고압 송전계통에 쓰이지만, 누설 임피던스가 작아 단락전류가 크다는 게 단점이다. 권선이 담당하는 자기용량은 부하용량에 전압 보정분 비율 ΔV/V를 곱한 만큼으로 줄어든다.
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출제기준 단원 「단권변압기」의 공개 문제 7개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 사용 이유·특성 아닌 것 고르기 | 3 | 단락전류 큼·절연 격리 없음 판별 |
| 자기용량·부하용량 계산 | 3 | ΔV/V 비·Vout/ΔV 확대 산출 |
| 구조·설명 옳고 그름 고르기 | 1 | 공통권선·3상 가능 판별 |
단권변압기는 권선을 직렬권선과 분로권선으로 나누어 그 일부를 1·2차가 공통으로 쓰는 구조다. 공통 부분이 있으므로 같은 일을 하는 2권선 변압기보다 자로가 짧아지고(재료 절약) 중량이 가볍다. 전력의 대부분이 전기적으로 직접 전달되므로 효율이 높고 누설 리액턴스가 작아 전압변동률도 작다. 초고압 송전계통에서 단권변압기를 쓰는 이유는 이 장점들(효율·경량·재료 절약·전압변동률)이고, 단락전류가 적다는 항목은 이유가 될 수 없다 — 임피던스가 작아 단락전류는 오히려 크다. 1차와 2차가 도통되어 있어 1차측 이상전압이 2차측에 그대로 영향을 주는 것도 특징이다. 3상에도 쓸 수 있으므로 「3상에는 사용할 수 없다」는 틀린 설명이다.
권선이 실제로 감당하는 자기용량은 부하용량보다 작다. 승압분 전압 ΔV와 출력 전압의 비만큼만 전자기적으로 전달되기 때문이다. 3상 3000[V]를 300[V] 승압해 3300[V]로 만들며 150[kVA]를 보낼 때 Y결선 상전압은 3000/√3 = 1732[V], 승압분은 300/√3 = 173.2[V], 자기용량은 150×(300/3300) ≈ 13.62[kVA]다. 전체 용량을 큰 권선이 아니라 보정분만 담당하니 소형으로 큰 전력을 다루는 셈이다.
같은 원리로 부하용량 확대 계산도 나온다. 3000/200[V]·1[kVA] 단상변압기를 3000/3200[V] 승압기로 단권 결선하면 권선이 맡은 200[V]분이 전체 3200[V]의 일부이므로 부하용량은 1×(3200/200) = 16[kVA]로 커진다. V결선 2대로 2000[V]를 2200[V]로 승압해 3상 200[kVA]를 보낼 때는 각 변압기가 부하의 절반(100[kVA])을 담당하고 승압분 비율 200/2000 = 0.1이므로 한 대의 권선 용량은 약 10[kVA]급(보기 10.5[kVA])으로 잡는다.
학습목표: 단권변압기의 권선 구조와 복권·다권선 변압기와의 구분을 설명할 수 있다.
단권 변압기란 적어도 2개의 권선이 서로 공통된 부분을 갖는 변압기를 말한다.
NCS 학습모듈 1901050103 변압기 설계 1-1. 변압기 표준 검토
계산은 두 갈래다. ① 자기용량 = 부하용량×(ΔV/Vout) — 150kVA·3300V에서 보정분 300V면 13.62kVA(Y결선은 상전압으로 ÷√3해 1732V·173.2V). ② 부하용량 확대 = 권선 정격×(Vout/ΔV) — 1kVA·200V분을 3200V에 싣으면 16kVA. 판별 문항은 「단점 → 단락전류 큼·절연 격리 없음」·「틀린 설명 → 3상 불가」 두 짝.
최근에 초고압 송전계통에서 단권변압기가 사용되고 있는 데 그 이유로 볼 수 없는 것은?
정답 ④ · 문제는 초고압 송전계통에서 단권변압기(오토변압기)를 쓰는 이유로 볼 수 없는 것을 고르는 것이다. 단권변압기는 1차와 2차가 공통권으로 되어 있어 동일한 권수의 전력을 더 가볍고 작게 만들 수 있으므로 중량이 가볍다는 장점이 있고, 권수비 설계에 따라 전압변동률이 작고 효율도 높다.
단상 단권변압기 3대를 Y결선으로 해서 3상 전압 3000[V]를 300[V] 승압하여 3300[V]로 하고, 150[kVA]를 송전하려고 한다. 이 경우에 단상 단권변압기의 저전압측 전압, 승압전압 및 Y결선의 자가용량은 얼마인가?
정답 ③ · 주어진 문제는 선간전압 3000V(3상)를 300V만큼 승압하여 3300V로 만드는 것으로, Y결선에서 선간전압을 위상전압으로 나누면 상전압은 3000/√3=1732V이고 승압량의 상전압은 300/√3=173.2V에 해당한다. 자가용량(autotransformer 용량)은 전체 송전용량 S에 대해 승압분의 비율로 주어지며 S_auto = S·(ΔV/V_out) =150kVA·(300/3300) ≈13.62kVA 이다.
단권변압기의 설명으로 틀린 것은?
정답 ④ · 문제는 단권변압기 설명 중 틀린 것을 고르는 것이다. 단권변압기는 1차와 2차 권선의 일부를 공용하므로 일부 권선이 공통으로 사용되는 것이 맞고 분로·직렬 권선으로 구분하는 표현도 통용된다.
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