개념 한 쪽
△-△ 결선은 제3고조파가 권선 안을 순환해 전압 파형을 지키는 결선이지만, 비접지 계통에서 1선지락이 나면 중성점이 이동해 건전 2선의 대지전압이 최대 √3배까지 오른다. Δ-Δ 운전 중 1대를 뺀 V결선은 3상 급전을 이어가는 특수 결선 응용이다.
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출제기준 단원 「특수변압기의 3상 결선 등」의 공개 문제 6개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 1선지락 건전상 전압 계산 | 1 | 비접지 △ 중성점 이동 → √3배 판별 |
| V결선 출력·이용률 계산 | 3 | √3×정격·86.6% 산출 |
| △ 증설 정격 역산 | 2 | √3×V출력 산출 |
가장 자주 묻는 것은 V결선 출력·이용률 계산입니다.
△-△ 결선의 성질은 두 얼굴이다. 좋은 면에서 제3고조파 전류가 △ 폐회로 안을 순환하므로 유기 전압이 정현파를 유지해 기전력 왜곡이 없다. 위험한 면은 비접지 방식으로 쓸 때 드러난다. 중성점이 대지에 묶여 있지 않은 △-△ 비접지 선로에서 1선이 대지에 접촉하면 중성점 전위가 이동하고, 남은 건전 2선의 대지전압은 상전압에서 선간전압 수준까지, 즉 지락 전의 √3배까지 상승한다. 그래서 비접지 계통의 절연은 이 전압 상승을 견디도록 설계한다(균등절연).
특수 결선의 대표 응용은 V결선이다. Δ-Δ 결선 3대에서 점검·고장으로 1대를 제거하면 남은 2대가 V결선이 되어 3상 급전을 계속할 수 있다. 권선 정격전류를 한계로 쓸 때 공급 가능한 출력은 한 대 정격용량의 √3배(100[kVA] 2대면 √3×100 ≈ 173.2[kVA])고, 잔여 2대 정격합에 대한 이용률은 √3/2 ≈ 86.6[%]다. 50[kVA] 3대에서 전환하면 가능 출력 √3×50 ≈ 86.6[kVA]·이용률 86.6[%]의 짝으로 답이 나온다.
반대 방향의 계산도 같은 비율로 돈다. V결선 전부하 출력이 P이면 여기에 같은 용량 1대를 증설해 △결선하면 총 정격은 √3P다. V 출력 100[kVA]의 경우 100√3[kVA]가 정답이며, 일반형은 √3P로 답한다. V결선은 설비 비용이 적고 1대 예비 효과가 있다는 점에서 소규모 부하·임시 급전에 쓰이는 특수 결선이다.
학습목표: △-△ 등 변압기 결선 방식별 장단점을 구별하여 설명할 수 있다.
1. △-△ 결선 (1) 장점 (가) 제3고조파 전류가 △ 결선 내를 순환하므로 정현파 교류 전압을 유기하여 기전력의 왜곡을 일으키지 않는다.
NCS 학습모듈 1901060102 수변전설비 설계 2-1. 기기 선정
계산은 비율 하나로 모은다. 1선지락 건전상 전압 = 지락 전의 √3배(비접지 △). V결선 출력 = √3×(1대 정격), 이용률 = 86.6[%], △ 증설 정격 = √3×(V 출력). 판별 문항은 「제3고조파 순환 → △ 장점」 짝으로 나온다.
정격용량이 각각 100 [kVA]인 단상 변압기 3대를 Δ-Δ 결선으로 운전하고 있다. 점검을 위해 1대를 제거하여 V결선으로 전환한 후, 잔류한 2대의 권선 정격전류를 한계치로 유지하면서 공급할 수 있는 3상 부하의 상한 용량 [kVA]은? (단, 부하의 역율은 100%로 한다.)
정답 ③ · V결선(Δ-Δ에서 1대 제거)에서는 선간전류와 권선전류가 같아, 잔류 변압기의 정격전류를 한계로 쓸 때 공급 가능한 3상 출력은 √3 × (1대 정격용량)이다. 따라서 √3 × 100 = 173.2 [kVA]가 된다.
V결선의 최대 3상 출력은 √3×(1대 정격용량) = 100×1.732 = 173.2kVA.
3상 배전선에 접속된 V결선의 변압기에서 전부하시의 출력을 P[kVA]라 하면, 같은 변압기 한대를 증설하여 Δ결선하였을 때의 정격출력 [kVA]는?
정답 ③ · 문제는 V결선(오픈델타)으로 운전 중인 변압기군의 전부하 출력 P를 알고 있을 때, 같은 변압기 한 대를 추가해 Δ결선(정상 델타)으로 했을 때 정격출력이 얼마가 되는지를 묻는다. 오픈델타는 동일한 변압기 3대로 구성된 델타 결선에 비해 공급능력이 √3분의 1배 작아서, 전체 용량은 정규 델타의 1/√3배가 아니라 약 1/√3가 된다.
△-△ 결선된 3상 변압기를 사용한 비접지 방식의 선로가 있다. 이때 1선지락 고장이 발생하면 다른 건전한 2선의 대지전압은 지락 전의 몇 배까지 상승하는가?
정답 ② · 문제는 △-△(델타-델타) 결선 비접지계통에서 1선지락이 발생했을 때 다른 건전선의 대지전압이 얼마나 상승하는지 묻는다. 비접지 델타 계통에서는 1선지락 시 중성점이 이동하여 건전상들의 대지전압이 정상선간전압의 √3배까지 증가할 수 있는 것으로 알려져 있다.
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