개념 한 쪽
변압기는 권선의 권수비로 전압을 변환하고, 정격용량은 피상전력(VA)으로 표기한다. 병렬운전 조건과 절연유의 물성, 손실과 퍼센트 저항강하 계산법 등을 숙지해야 한다.
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출제기준 단원 「변압기의 구조 및 원리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정격 1차전압 정의 판단 | 1 | 권수비와 정격 2차전압으로 1차 전압을 결정한다는 정의를 확인하게 묻는다 |
| 정격용량 단위 판별 | 1 | 변압기 정격용량이 피상전력(VA)으로 표기되는지를 구별하게 묻는다 |
| 절연유 구비조건 판별 | 1 | 절연유의 응고점·점도 등 냉각과 절연성 요구사항을 가려내게 묻는다 |
변압기의 정격 1차 전압은 설계된 공칭 전압으로, 정격 2차 전압에 1차권선수와 2차권선수의 비율인 권수비를 곱하여 결정되는 값이다. 즉, 정격 전압은 권수비를 이용한 관계식으로 표현되며 부하 상태와 무관하게 명판에 표시되는 설계 전압을 의미한다.
변압기의 정격용량은 피상전력(S=V×I)으로 표시한다. 이 값은 전압과 전류의 곱으로 정의되며 유효전력과 무효전력과 구분된다. 변압기는 권선 절연과 온도 등 설계 요소를 고려하여 피상전력 기준으로 정격을 정한다.
두 대 이상의 변압기를 병렬로 운전할 때는 극성 일치, 2차 측 정격 전압의 동일성, 그리고 임피던스가 정격용량에 비례하도록 맞추어야 한다. 이러한 조건은 순환전류를 방지하고 각 변압기가 용량에 비례하여 전류를 분담하도록 하기 위한 것이다. 손실비 동일은 병렬 운전의 필수 조건이 아니다.
절연유는 변압기의 절연과 냉각을 겸하는 매체로서 낮은 응고점과 적절한 점도, 높은 인화점 및 충분한 절연내력을 갖추어야 한다. 응고점이 높으면 저온에서 유체가 굳어 냉각이 저해되므로 응고점은 낮을수록 유리하다.
동손은 권선의 저항으로 발생하는 손실로 부하 전류의 제곱에 비례하여 증가한다. 퍼센트 저항강하는 정격 전압 대비 저항에 의한 전압강하 비율로 정의하며 동손과 정격전류, 정격전압의 관계로 계산한다.
예 1 — 퍼센트 저항강하 계산 예시를 보인다. 5kVA, 3000/200V 변압기에서 동손이 100W일 때 정격전류는 5000VA ÷ 3000V = 5/3 A가 된다. 동손이 정격전류에서 발생하는 전압강하로 환산되면 100W ÷ (5/3 A) = 60V가 되고, 이를 정격전압 3000V로 나누어 60V ÷ 3000V × 100 = 2%가 되어 퍼센트 저항강하는 2%가 된다.
예 2 — 델타 결선 15kVA 변압기 3대의 오픈델타 운전 예시를 보인다. 정격 각 대 15kVA로 총 정격은 45kVA이나 한 대 소손 시 오픈델타로 운전하면 공급 가능 용량은 정격의 약 57.7%인 25.98kVA가 된다. 부하가 32.48kVA이면 공급 가능 용량 25.98kVA 대비 과부하율은 (32.48−25.98)/25.98 ≈ 25%가 되어 과부하가 발생한다.
변압기의 정격 1차 전압의 의미를 바르게 설명한 것은?
정답 ① · 변압기의 정격 1차 전압은 1차 권선에 인가되도록 설계된 공칭 전압을 의미합니다. 이는 2차 전압과 1차, 2차 권선의 권수비(비율)를 통해 결정되며, 정격 2차 전압에 1차측 권선수를 2차측 권선수로 나눈 권수비를 곱한 값과 일치합니다.
변압기 정격 1차 전압은 정격 2차 전압에 권수비를 곱하여 결정되는 설계 전압이다.
변압기의 정격용량은 2차 출력단자에서 얻어지는 어떤 전력으로 표시하는가?
정답 ① · 문항은 변압기 정격용량을 어떤 전력으로 표시하는지를 묻고 있다. 변압기 정격용량은 권선과 절연, 단락 및 열적 한계를 기준으로 전압과 전류의 곱인 피상전력(S, VA)로 표시한다.
변압기 정격용량은 전류와 전압의 곱인 피상전력(VA)으로 표시한다.
유입식 변압기의 절연유 구비조건이 아닌 것은?
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.
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