개념 한 쪽
GPT 세트는 계기용 변성기의 접지·개방 원칙과 함께 변압기 1대 용량 환산, 단락시험 측정 항목, 출력 계산을 묻는다.
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출제기준 단원 「GPT」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 3대 분담 용량 환산 | 1 | kW·역률을 kVA로 바꿔 1대 용량을 구한다 |
| 시험별 측정 항목 짝 | 1 | 단락시험에서 구할 수 있는 값을 고른다 |
| 같은 쪽 전압 곱 출력 | 1 | 2차 전압×2차 전류로 1차 출력을 구한다 |
변성기의 안전 원칙은 개방과 단락의 방향이다 — CT 2차측을 개방하면 1차전류 전체가 여자전류가 되어 철심이 과자속되고 2차측에 수백~수천V의 유기전압이 걸려 절연이 파괴된다. 점검·교체 전 2차측을 단락하는 것은 이 절연 파괴를 막기 위해서다.
변압기 용량은 총량을 나눠 구한다 — 단상 변압기 3대를 Y-△로 결선해 3상 3000kW·역률 80% 부하에 보내려면 먼저 피상전력 S=3000÷0.8=3750kVA를 구하고 1대 용량은 3750÷3=1250kVA다. 결선 방식(Y-△든 △-Y든)은 계산과 무관하다는 점이 핵심이고, 3으로 나누기 전 총용량을 그대로 고르는 보기가 함정이다.
시험의 측정 항목은 짝으로 외운다 — 단락시험은 2차를 단락하고 1차에 정격전류를 흘려 재는 시험으로 %저항강하·%리액턴스강하와 동손을 구한다. 무부하(개방)시험은 2차를 열어 두고 정격 전압을 걸어 여자 어드미턴스와 철손을 구하니, '여자 어드미턴스'가 보기에 섞여 있으면 단락시험의 답에서 빼낸다.
출력과 정수의 계산이 나머지 몫이다 — 무손실 변압기는 1차 출력=2차 출력이므로 주어진 전류가 속한 쪽 전압과 곱한다(2차 13200V·3.3A면 약 44kVA, 440V를 곱하면 함정). 1차·2차 저항·리액턴스가 따로 주어진 %Z는 2차 값을 a²배해 1차로 환산해 합성한 뒤 %Z=(정격전류×Z÷정격전압)×100으로 잰다. 철심은 투자율 큼·히스테리시스 계수 작음·전기저항 큼(규소강판)·성층철심이 조건이라 '저항 작을 것'이 틀린 보기다. 최대효율 조건은 철손=부하율²×동손이므로 총손실=20000×(1÷0.97−1)≈618.6W에 m=3/4을 대입하면 동손 약 396W·철손 약 222W로 갈리고, 주상변압기는 경부하 시간이 길어 동손:철손=2:1로 설계하며 최대효율은 1:1에서 온다. Y-△ 결선은 △ 상전류=선전류÷√3, Y 선간전압=상전압×√3의 두 환산으로 풀고(권수비 10이면 1차 전류 12.5A·선간전압 약 3464V), PWM 인버터 고조파의 영향은 손실 증가·소음·진동·토크 맥동이지 마찰·관성 같은 기계 구조 특성이 아니다.
① 1대 용량 — 3000÷0.8÷3=1250kVA. ② 1차 출력 — 13200×3.3≈44kVA.
단상 변압기 3대를 Y-△결선해서 3상 20000[V]를 3000[V]로 내려서 3000[kW], 역률 80[%]의 부하에 전력을 공급할 때 변압기 1대의 정격용량[kVA]은?
정답 ① · Y-△ 결선에서 전체 부하용량은 이며, 단상 변압기 3대로 구성되므로 1대의 정격용량은 입니다. 결선 방식(Y-△, △-Y 등)에 관계없이 3상 총 용량을 대수 3으로 나누면 변압기 1대의 용량이 됩니다.
1대 용량=(P/cosθ)÷3=3000/0.8/3=1250[kVA]이며 결선 방식은 무관하다.
변압기 단락시험에서 계산할 수 있는 것은?
정답 ② · 변압기 단락시험은 2차를 단락한 상태에서 정격전류가 흐르도록 저전압을 인가하여 임피던스 전압을 측정하는 시험으로, 이를 통해 %저항강하와 %리액턴스강하(즉 임피던스 전압의 두 성분) 및 동손을 구할 수 있습니다. 반면 무부하시험은 여자 어드미턴스와 철손을 구하는 시험이므로 혼동하지 않아야 합니다.
단락시험→%저항강하·%리액턴스강하(동손), 무부하시험→여자어드미턴스(철손).
440/13200[V] 단상 변압기의 2차 전류가 3.3[A]이면, 1차 출력은 약 몇 [kVA]인가?
정답 ③ · 변압기는 무손실로 가정하면 1차 출력과 2차 출력이 같습니다. 2차(고압측 13200V) 전류가 3.3[A]이므로 2차 피상전력 이고, 이것이 곧 1차 출력이 됩니다.
무손실 변압기는 1차 출력=2차 출력이므로 13200×3.3≈44[kVA]다.
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