개념 한 쪽
계기용변성기 세부항목은 CT 2차 개방 금지 원리가 핵심이고, 세트는 변압기의 철심 조건·손실·효율 계산과 묶여 나온다. 「CT는 개방 금지, PT는 단락 금지」와 손실 공식 몇 개로 전부 풀린다.
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출제기준 단원 「PT」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 손실 구분 판단 | 1 | 철손·동손과 부하의 관계 고르기 |
| 재료 조건 파악 | 1 | 변압기 철심 조건 가려기 |
| 환산저항 계산 | 1 | 권수비로 1차 환산저항 구하기 |
계기용 변류기(CT)는 평소 1차·2차전류가 평형을 이루어 여자전류 성분이 아주 작다. 운전 중 2차측을 개방하면 2차전류가 사라져 1차 부하전류 전체가 여자전류로 작용해 철심이 과자속되고, 2차측에 수백~수천 V의 유기전압이 걸려 절연 파괴·감전 위험이 생긴다. 그래서 CT 점검·교체 시에는 2차측을 단락시킨 뒤 개방하며, 그 목적은 2차측 절연 보호다(1차 과전류는 부하가 정하므로 CT와 무관). PT는 반대로 단락이 금지다 — 「CT개(開) 금지, PT단(短) 금지」.
변압기 철심의 요건은 투자율이 크고, 히스테리시스손 계수가 작고, 전기저항이 클 것(고투자율·고저항·저손실)이다. 얇은 규소강판을 절연해 겹쳐 만든 성층 철심과 규소 첨가는 모두 와전류손을 줄이려고 저항을 크게 하는 것이므로 「전기 저항이 작을 것」은 틀린 조건이 된다. 와류손은 인가전압의 제곱에 비례한다 — 3300/110 V, 60 Hz 변압기(와류손 50 W)를 50 Hz, 3000 V에서 쓰면 P' = 50×(3000/3300)² ≈ 41 W로, 주파수비를 섞지 않고 전압비 제곱만으로 계산한다.
변압기 손실은 철손(무부하손 — 전압·주파수가 정해지면 부하와 무관)과 동손(부하손 — I²R)으로 나뉜다. 부하가 증가하면 동손·온도만 오르고 철손·여자전류는 그대로다. 2차 부하저항의 1차 환산은 R₁ = a²R₂(a = N₁/N₂)로, 16 Ω이 8 kΩ이면 a² = 500, a ≈ 22.36이고 N₁ = 1500턴이면 N₂ ≈ 67턴이다. 병렬운전 조건은 극성·권수비(정격전압)·%임피던스·위상 일치이고 정격 출력은 같지 않아도 된다(%Z가 같으면 용량비로 부하 분담). 계산 세 가지 — 단락전류는 정격전류×100/%Z(100 kVA·200 V·%Z 3%면 In = 100000/(√3×200) ≈ 288.7 A, Is ≈ 9623 A, √3 누락이 함정), 무효전류는 I·sinθ(역률 0.8이면 sinθ = 0.6), 효율은 출력/(출력+철손+동손)(200 kVA·역률 0.8·철손 1.6 kW·전부하 동손 2.5 kW면 160/164.1 ≈ 97.5%)이다. 최대 효율을 주는 부하율은 √(철손/전부하 동손)로, 120/270이면 약 66.7%에서 철손과 동손이 같아진다.
학습목표: 무부하손과 무부하전류의 정의를 설명할 수 있다.
이 손실의 유효분이 무부하손에 대응되며, 그의 대부분이 철손이다.
NCS 학습모듈 1901050103 변압기 설계 · 1-1. 변압기 표준 검토
CT 문제는 「2차 개방 = 1차전류 전체가 여자전류 = 고전압 유기 = 절연 파괴」 연쇄로 풀고, 철심 조건은 「성층·규소 = 저항 키우기」로 방향을 잡는다. 계산은 전부 정해진 꼴 — 단락전류 100/%Z, 환산 a², 최대효율 √(철손/동손), 와류손 전압비 제곱. 역률 0.8이면 0.6-0.8-1.0 직각삼각형으로 sinθ = 0.6을 즉시 쓴다.
변압기의 부하가 증가할 때의 현상으로서 틀린 것은?
정답 ③ · 철손(히스테리시스손+와류손)은 인가 전압과 주파수에 의해 결정되며 부하 전류와는 무관하므로, 부하가 증가해도 철손은 거의 일정합니다. 반면 동손은 전류의 제곱에 비례하므로 부하 증가 시 증가하고, 손실 증가로 온도도 상승하며, 여자전류는 전압에 의해 결정되므로 부하와 무관하게 일정합니다.
철손은 전압·주파수가 정해지면 일정(무부하손), 동손은 전류²에 비례(부하손)하므로 부하 증가는 철손과 무관하다.
변압기의 철심이 갖추어야 할 조건으로 틀린 것은?
정답 ② · 변압기 철심 재료는 투자율이 크고, 히스테리시스손 계수가 작으며, 와전류손 저감을 위해 얇은 규소강판을 성층하여 사용해야 합니다. 특히 전기 저항은 **커야** 와전류손이 줄어드는데, 이 문제에서는 "전기 저항이 작을 것"이라고 하여 틀린 조건을 제시하고 있습니다.
변압기 철심은 고투자율·고전기저항·저히스테리시스손이어야 하므로 '전기 저항이 작을 것'은 틀리다.
1차측 권수가 1500인 변압기의 2차측에 접속한 저항 16Ω을 1차측으로 환산했을 때 8kΩ으로 되어 있다면 2차측 권수는 약 얼마인가?
정답 ③ · 권수비 이고, 2차 저항을 1차로 환산하면 입니다. 에서 , 입니다.
1차 환산저항은 R₁=a²R₂(a=N₁/N₂), a=√(8000/16)≈22.36이므로 N₂≈67턴.
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