변압기의 %임피던스가 표준치보다 훨씬 클 때 고려하여야 할 문제점은?
- 온도 상승
- 여자돌입전류
- 기계적 충격
- 전압변동률
정답과 해설 보기
정답 ④ · 변압기 %임피던스가 표준치보다 훨씬 크면 부하에 따른 전압강하가 커져 전압변동률(전압 강하율)이 커진다. 큰 %임피던스는 부하 변동에 대한 전압 저하와 전압조정 문제를 야기하므로 전압변동률을 고려해야 한다.
개념 한 쪽
전기기사 전압변동률 및 속도변동률 — 무부하·전부하 전압 계산·%저항·%리액턴스
전압변동률은 무부하 전압과 전부하 전압의 차를 백분율로 나타낸 값이다. 역률 100[%]에서는 %저항강하와 같고, 뒤진 역률에서는 %저항·%리액턴스 강하로 조합해 구한다. 변압기 %임피던스가 크면 전압강하가 커 변동률이 벌어지고, 동기발전기는 단락비가 클수록 변동률이 작다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「전압변동률 및 속도변동률」의 공개 문제 9개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전압변동률·무부하 전압 계산 | 3 | 변동률 정의식·부하×(1+ε) 산출 |
| %강하 성분 조합 계산 | 2 | R·X 강하 조합식·성분 역산 산출 |
| 변동률 성질·조건 고르기 | 4 | %임피던스·단락비·역률 100% 판별 |
가장 자주 묻는 것은 변동률 성질·조건 고르기입니다.
뜻
전압변동률은 부하 변동에 따른 단자전압의 변화 정도를 나타낸다. 계산은 (무부하 전압 − 부하 전압)/부하 전압×100[%] 꼴로 잡는다. 수전단 부하 전압 61[kV]에서 부하를 끊으니 63[kV]가 되면 (63−61)/61 ≈ 3.28[%]다. 반대로 변동률에서 전압을 구하는 문항은 부하 전압×(1+ε)가 무부하 전압이다. 정격 6600[V]·변동률 12[%]인 동기발전기를 무부하로 돌리면 6600×1.12 = 7392[V]이고, 권수비 70·전부하 2차 200[V]·변동률 4[%] 변압기의 무부하 1차 전압은 200×1.04×70 = 14,560[V]다.
역률에 따른 조합이 두 번째 축이다. 역률 100[%]에서는 리액턴스 강하가 작용하지 않으므로 전압변동률은 %저항강하(p%R)로 표시된다. %저항강하 3[%]·%리액턴스 강하 4[%]·뒤진 역률 80[%](cosφ=0.8, sinφ=0.6)이면 ε = p%R·cosφ + q%X·sinφ = 3×0.8+4×0.6 = 4.8[%]다(간이식 — 기출 정답 기준). 두 역률의 변동률이 주어지면 성분을 역산할 수 있다. 역률 100[%]에서 2[%]라면 %저항강하가 2이고, 역률 80[%]에서 3[%]면 0.8×2+0.6×%X = 3에서 %X ≈ 2.33이라 최대 전압변동률은 √(2²+2.33²) ≈ 3.07[%]다.
성질 문항의 답 방향은 일정하다. 변압기 %임피던스가 표준치보다 훨씬 크면 부하에 따른 전압강하가 커 전압변동률이 커지는 문제를 고려해야 한다. 동기발전기는 동기리액턴스가 작고 단락비가 클수록 전압변동률이 작다. 변동률이 무부하 2차 전압에 「반비례한다」는 식의 진술은 정의와 어긋나 틀린 보기로 나온다. 전압변동률이 크면 전등의 밝기·수명과 전동기 출력에 영향을 주므로 작게 유지할 일이다.
공식 교재로 짚기
학습목표: 임피던스전압과 %임피던스의 정의 및 전압변동률 계산식을 설명할 수 있다.
% 임피던스는 임피던스 전압을 백분율로 표시한 것
NCS 학습모듈 1901030105 변전설비설계 2-1. 주변압기의 특성 선정
예제
계산은 두 식이다. ① 변동률: (무부하−부하)/부하×100(63·61 → 3.28%), 역산은 부하×(1+ε)가 무부하(6600×1.12 = 7392V). ② 역률 조합: ε ≈ R cosφ + X sinφ(3·4·0.8 → 4.8%), 성분 역산은 두 역률의 값에서 연립(최대 3.07%). 성질은 「%임피던스 큼 → 변동률 커짐」「단락비 큼 → 변동률 작음」 두 짝.
대표 기출 3문항
어떤 변압기의 전압변동률은 부하역률 100[%]에서 2[%], 부하역률 80[%]에서 3[%]이다. 이 변압기의 최대 전압 변동률[%]은 약 얼마인가?
- 6.2
- 5.1
- 4.2
- 3.1
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문제는 서로 다른 역률에서 주어진 전압변동률(전압강하 비율)로부터 최대 전압변동률을 구하는 문제이다. 역률 1에서 변동률 2%이면 저항 성분 Ir% = 2%이다.
송전단 전압이 66[kV], 수전단 전압이 61[kV]인 송전선로에서 수전단의 부하를 끊은 경우 수전단 전압63[kV]라면 전압변동률은 몇 %인가?
- 2.55
- 2.90
- 3.17
- 3.28
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문제는 부하를 끊기 전후의 수전단 전압 변화율을 묻고 있다. 전압변동률은 일반적으로 (무부하시전압 − 부하시전압)／부하시전압×100%로 계산한다.
자주 묻는 물음
- 전압변동률은 어떻게 계산하나요?
- (무부하 전압 − 부하 전압)/부하 전압×100%입니다. 무부하 63kV·부하 61kV면 약 3.28%입니다.
- 역률 100%에서 전압변동률은 무엇과 같나요?
- %저항강하와 같습니다. 전류와 전압의 위상차가 없어 리액턴스 강하가 작용하지 않기 때문입니다.
- %저항강하 3%·%리액턴스 강하 4%·뒤진 역률 80%의 전압변동률은?
- 간이식 ε = p%R·cosφ + q%X·sinφ = 3×0.8+4×0.6 = 4.8%입니다.
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