유입식 변압기의 절연유 구비조건이 아닌 것은?
- 절연내력이 클 것
- 응고점이 높을 것
- 점도가 낮고 냉각효과가 클 것
- 인화점이 높을 것
정답과 해설 보기
정답 ② · 문항은 유입식 변압기 절연유의 구비조건이 아닌 항목을 묻고 있다. 절연유는 냉각 기능을 해야 하므로 응고점은 낮아야 하고 점도는 낮아야 하며 절연내력과 인화점은 높아야 한다.
절연유는 열을 잘 식혀야 하므로 응고점이 낮아야 하며, 높으면 저온에서 고체화되어 냉각 기능을 상실한다.
개념 한 쪽
승강기기사 손실, 효율, 결선 및 상수변환 — 변압기 손실과 결선 특성
변압기에서는 권선 저항에 의한 동손과 자속 변화에 따른 철손이 주요 손실로 작용한다. 동손은 부하 전류의 제곱에 비례하고, 철손은 부하와 무관하게 일정하게 발생한다. 결선 방식은 고조파와 운전 용량에 영향을 주므로 결선별 특성을 정확히 이해해야 한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「손실, 효율, 결선 및 상수변환」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 오픈델타 과부하 계산 | 1 | 한 대 소손 시 오픈델타로 운전했을 때 공급용량과 과부하율을 구함 |
| 결선별 고조파 발생 판단 | 1 | 결선 방식에 따라 제3고조파 발생 여부를 가림 |
| 퍼센트 저항강하 계산 | 1 | 동손과 정격용량 또는 정격전류로부터 퍼센트 저항강하를 산출함 |
뜻
변압기의 손실은 크게 동손과 철손으로 구분한다. 동손은 권선의 저항에서 발생하는 손실로, 부하 전류가 흐를 때만 생기며 전류 제곱에 비례하여 증가한다. 철손은 자속 변화에 의해 생기는 손실로서 부하와 무관하게 발생하는 특성이 있다.
변압기 효율은 철손과 동손의 합이 최소가 될 때 최대가 된다. 최대 효율 조건은 철손과 동손이 같을 때 성립하며, 이 조건에서의 부하율 β는 √(철손/전동손)으로 구한다. 정격용량과 이 부하율을 곱하면 최대효율이 발생하는 부하 용량을 구할 수 있다.
퍼센트 저항강하는 정격 전압 대비 정격 전류에서 권선 저항으로 인한 전압강하의 백분율로 정의한다. 동손과 정격전류를 이용해 저항전압강하를 계산하고 이를 정격전압으로 나누어 백분율을 구한다. 동손을 정격용량으로 나눈 단순식으로도 퍼센트 저항강하를 산정하는 경우가 있다.
변압기 오일 관리와 결선 방식도 운전 특성에 큰 영향을 준다. 오일은 절연 및 냉각 기능을 수행하므로 응고점, 점도, 인화점, 절연내력 등의 물성이 중요하다. 오일과 공기 접촉에 의한 산화를 막기 위해 콘서베이터 등으로 오일을 질소 봉입하여 보호하는 방법이 사용된다. 결선 측면에서는 Y-Y 결선(중성점 미접지)이 제3고조파 전류의 흐름을 차단하여 자속 왜곡과 고조파 전압을 발생시킬 수 있고, △결선이 포함되면 델타 내부에서 고조파 성분을 순환시켜 소거하는 효과가 있다.
예제
1) 오픈델타 운전으로 인한 용량 감소 예시 정격 15kVA 변압기 3대를 델타 결선으로 연결하면 총 정격용량은 45kVA이다. 한 대가 소손되어 오픈델타로 운전하면 공급 가능한 최대 용량은 정격 총용량의 약 0.577배가 되어 45 × 0.577 ≈ 25.98kVA가 된다. 부하가 32.48kVA인 경우 공급한계 25.98kVA를 초과하므로 과부하가 발생하고, 과부하율은 (32.48 − 25.98) ÷ 25.98 × 100 ≈ 25% 정도가 된다.
2) 퍼센트 저항강하 계산 예시 정격 5kVA인 변압기에서 동손이 100W일 때 퍼센트 저항강하는 동손을 정격용량으로 나눈 백분율로 계산할 수 있다. 즉 (100 ÷ 5000) × 100 = 2%가 된다. 동일 문제를 전압·전류 기준으로 풀면 정격전류를 구한 뒤 동손으로부터 저항전압강하를 산정하고 이를 정격전압으로 나누어 백분율을 얻는 절차를 따른다.
3) 최대효율 발생 부하 계산 예시 150kVA 변압기의 철손이 1kW이고 전 부하동손이 4kW인 경우 최대효율은 철손과 동손이 같을 때 발생한다. 부하율 β = √(철손/전동손) = √(1/4) = 0.5이며, 최대효율 부하는 150kVA × 0.5 = 75kVA가 된다.
대표 기출 3문항
변압기 결선에서 제3고조파가 발생하는 결선방식은?
- Y-Y결선
- △-△결선
- △-Y결선
- Y-△결선
정답과 해설 보기
정답 ① · 변압기의 여자 전류는 비선형 자화 특성으로 인해 제3고조파 성분을 다량 포함하고 있습니다. Y-Y 결선 방식에서는 중성점이 접지되어 있지 않으면 3상의 제3고조파 전류가 흐를 경로가 없어 자속 파형이 왜곡되고, 이로 인해 2차 측 유도 전압에도 큰 제3고조파가 발생하게 됩니다.
Y-Y결선은 중성점 미접지로 제3고조파 전류 흐름이 차단되어 자속 왜곡과 고조파 전압이 발생한다.
변압기유의 열화방지 방법 중 맞지 않는 것은?
- 밀봉방식
- 흡착제 방식
- 수소 봉입 방식
- 개방형 콘서베이터
정답과 해설 보기
정답 ③ · 변압기유는 공기 중의 수분이나 산소와 접촉하면 산화되어 열화가 발생합니다. 이를 방지하기 위해 변압기 내부를 외부 공기와 차단하는 밀봉 방식, 흡착제를 이용해 수분과 불순물을 제거하는 방식, 질소가스를 봉입하여 산화를 막는 질소 봉입 방식 등을 사용합니다.
변압기유 열화 방지는 산소 및 수분 차단이 핵심이며, 수소 봉입은 변압기유 보호 방법이 아니다.
자주 묻는 물음
- 동손과 철손의 차이는 무엇인가?
- 동손은 권선 저항에서 발생하는 I²R 손실로 부하 전류에 따라 변화하고, 철손은 자속 변화에 의해 발생하여 부하와 무관하게 항상 존재하는 손실이다.
- 퍼센트 저항강하는 어떻게 구하나?
- 퍼센트 저항강하는 정격전류가 흐를 때 권선 저항으로 인한 전압강하를 정격전압으로 나눈 백분율로 정의한다. 동손과 정격전류로부터 전압강하를 산정한 후 정격전압으로 나누어 백분율을 구하거나, 동손을 정격용량으로 나눈 단순식을 사용할 수 있다.
- 결선 방식이 변압기 운전에 미치는 영향은 무엇인가?
- Y-Y결선(중성점 미접지)은 제3고조파 전류의 흐름을 차단하여 자속 왜곡과 고조파 전압을 발생시키는 반면, △결선이 포함되면 델타 내부에서 고조파를 순환시켜 소거할 수 있다. 또한 결선 변경은 운전 가능 용량에 영향을 주어 오픈델타 운전 시 공급 가능 용량이 감소한다.
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