변압기 일반사항
1. 철심
투자율이 높고 히스테리시스손이 적은 방향성 규소강판을 성층철심으로
가공조립(두께0.3~0.6㎜)된 것으로 형태는 내철형, 외철형, 분포철심형, 권 철심형으로
분류한다.
|
|
내철형 |
외철형 |
2. 권선
2-1. 종류
- 환형(동선,또는 알루미늄) : 소 용량변압기,
- 사각(동선,또는 알루미늄) : 대 용량변압기
2-2. 조립방법
2-3. 권선의 특징
- 온도변화시 수축,팽창에 의한 절연손상방지.
- 이상운전상태에서의 동요,만곡방지
- 충분한 절연유 순환으로 국부발열발생을 경감할
수 있는 형상으로 가공조립.
- 고,저압 혼촉방지 절연 격리판 시설.
3. 부싱
3-1. 종류
- 30kv급 : 단일형
- 30kv급 이상 : 콘덴서형
3-2. 접속방법
3-3. 재질
- 균등질 자기제품으로 견고하고, 흠집이 없으며,
아크섬락에 견디는 것으로서 방습형이어야 하며,
- 외부단자의 모든 접촉면은 나사부분을
제외하고는 은도금 된 것을
사용하여야 하며, 부싱 단자와의 모든접속은 분해 조립할 수 있도록 클램프형
또는 스터드형의 접속단자를 사용하여야 한다.
3-4. 붓싱의 정격
- 계통공칭전압 154KV-y 결선의 중성점
부싱은 정격전압 72.5KV(정격전류 400A) 사용
- 22.9KV-y 결선의 중성점 부싱은
정격전압 25.8KV(정격전류 400A)의 사용.
- 변압기 부싱의 절연강도는 이 부싱이
연결되는 선로측 권선단자 및 중성점 측 권선단자 각각의 기준 충격절연강도
이상이어야 한다.
4. 절연유
4-1. 절연유의 조건
- 절연내력이 클 것.
- 절연재료 및 금속에 화학작용을 일으키지 않을 것.
- 인화점이 높고 응고점이 낮을 것.
- 점도가 낮고(유동성이 풍부), 비열이 커서 냉각효과가
클 것.
- 저온에서도 석출물이 생기거나 산화하지 않을 것.
4-2. 종류
- 66kv급 이상 : 1종광유 4호
- 66kv 미만 : 1종광유 2호
4-2. 보호장치
- 3000kVA 미만 : 콘서베이터 형
- 3000kVA 초과 : 질소봉입 형
4-3. 절연유의 열화원인
- 수분흡수에 따른 산화 작용
- 금속접촉
- 절연재료
- 직사광선
- 이종 절연유의 혼합 등
4-4. 열화 판정시험( 전기설비 검사업무 처리지침 참고)
- 절연파괴시험 법 : 신 유(30KV 10분), 사용 유(25KV
10분)
- 산가시험 법 : 신 유 염가(0.02 정도), 불량(0.4
이상)
4-5. 여과방법
- 원심분리기법, 여과지법, 전기적 여과지법, 흡착법,
화학적방법 등이 있다.
- 1000KVA 이하 변압기는 활선여과가 가능함.
5. 탱크
5-1. 재질
- 일반구조용 압연강재(SB-41)를 사용하며, 운반 취급시에도
충격,지동에 견딜 것.
5-2. 방압 밸브
- 66KV, 10MVA 이상에는 진공주유구조로 방압밸브
부착.
5-3. 탱크부속장치
- 유 온 및 절연온도 지시용 온도검지기, 드레인 밸브,
라디에이타, 압력밸브, 접지단자, 인양고리 등
6. 기타 부속품
- 방압장치 및 충격방압계전기, 전선온도 지시계기,
다이알 액면계, 부흐홀쯔계전기, 보조접점, 브리더(Breather) 등
- 피뢰기
- 60 KV 10MVA 이상 : 본체내부에 내장.
- 60 KV 10MVA 미만 : 별도시설.
- 도장 노출금속부분은 방청도료 2회이상
1. 종류
변압기는 권선 및 철심을 직접 냉각하는 매체와 냉각하는
주위의 냉각매체(공기 또는 물)의 종류와 순환방식에 따라 JEC168 에서는
표와 같이 분류하고 있다.
냉각방식 |
표시기호 |
권선철심의
냉매체 |
주위의 냉각매체 |
종류 |
순환방식 |
종류 |
순환방식 |
건식자냉식 |
AN |
공기 |
자연 |
- |
- |
건식풍냉식 |
AF |
강제 |
- |
- |
건식밀폐자냉식 |
ANAN |
공기(가스) |
자연 |
공기(가스) |
자연 |
유입자냉식 |
ONAN |
유 |
공기 |
유입풍냉식 |
ONAF |
강제 |
유입수냉식 |
ONWF |
수 |
송유자냉식 |
OFAN |
강제 |
공기 |
자연 |
송유풍냉식 |
OFAF |
강제 |
송유수냉식 |
OFWF |
수 |
2. 용량별 적용
- 10 MVA 미만 : 유입자냉식
- 10~60 MVA 미만 : 유입풍냉식(옥내의 경우에는 송유
풍냉식)
- 60 MVA 초과 : 송유풍냉식
3. 종류별 특징
3-1. 건식 자냉식
일반적으로 소용량 변압기에 한해서 사용된다.
3-2. 건식 풍냉식
권선하부에 풍도를 마련하여 송풍기로 바람을 불어넣어
방열효과를 향상시키는 것으로 500KVA 이상의 경우에 채용하면 효과적이다.
3-3. 유입 자냉식
- 보수가 간단하여 가장 널리 사용된다.
- 권선철심의 발생 열은 대류에 의해 우선 기름에
전해지고 다시 탱크 벽에 전달되어 탱크 벽 외측 표면에서 방사와 공기의
대류에 의해 방열된다.
- 30~60MVA 이상의 대 용량에서는 소요 방열기수가
많아지므로 자냉식 보다도 강제냉각방식이 일반적으로 유리한다.
3-4. 유입 풍냉식
- 유입자냉식과 동일한 구조를 가지고 저소음 고효율의
냉각용 선풍기를 구비하면 출력 30% 이상 증가가 가능하다.
- 변압기 권선온도에 대응하여 선풍기의 구동,경보등의
기능을 가지는 온도계전기를 구비해야 한다.
- 자동,수동제어 전환스위치,자동제어 부속장치 내장용
제어함 구비.
3-5. 유입 수냉식
- 냉각사관을 탱크 상부의 내벽에 따라 배치하고 펌프로
물을 순환시켜서 기름을 냉각하는 방식이다.
- 냉각수의 질이 좋지 못하면 물 때가 끼거나 사관이
부식되어 보수가 어렵다.
3-6. 송유 자냉식
- 방열기 탱크를 따로 두고 본체 탱크와의 접속관로의
도중에 송유펌프를 설치하여 기름을 강제적으로 순환시키는 방식.
- 소음 또는 오손 방비 때문에 변압기 본체는 옥내에
설치하고 방열기 탱크는 옥외에 설치하는 경우에 사용된다.
3-7. 송유 풍냉식
송유 자냉식의 방열기 탱크에 송풍기를 설치한 것 등
각종방식이 있는데 가장 널리 쓰이는 것은 탱크 주위에 송유 풍냉식 유니트쿨러를
설치하는 방식이다.
4. 전기설비 기술기준에 의한 사항
기술기준 제54조 2항의 냉각장치고장 또는 온도상승 경보장치에
관한 규정
1. 유기기전력
- E₁ = 4.44 f N₁φm (v)
- E₂= 4.44 f N₂φm (v)
- 변압비 = E₁÷ E₂= N₁÷ N₂= a
- 변류비 = 1/a = I₁÷ I₂
2. 3상변압기의 출력
- P = √3 *Vℓ*Iℓ = 3*Vp*Ip [VA]
- P = √3 *Vℓ*Iℓ*cosθ = 3*Vp*Ip * cosθ [W]
3. 변압기전력 LOSS의 계산
- 변압기 효율 = 출력*100%/입력 = 출력*100%/(출력+내부로스)
- 변압기내부 LOSS = KVA출력*100%÷%효율 - 출력KVA
- 변압기
또는 전로의 LOSS는 대략 전부하 수요전력의 5~10% 가산.
4. 변압기표준용량
단상변압기(KVA)
|
1
2
3
5
|
7.5
20
30
50
|
75
100
150
200
|
300
500
750
1,000
|
1,500
2,000
3,000
5,000
|
7,500
10,000
15,000
20,000
|
30,000
50,000
|
3상변압기(KVA)
|
3
5
7.5
10
|
15
20
30
50
|
75
100
150
200
|
300
500
750
1,000
|
1,500
2,000
3,000
4,500
|
6,000
7,500
10,000
20,000
|
30,000
45,000
50,000
60,000
|
90,000
100,000
120,000
150,000
|
180,000
200,000
250,000
300,000
|
1. 임피던스 전압
변압기 2차측을 단락하고 변압기1차측에 정격주파수의
저 전압을 인가하여 2차측에 정격전류가 흐를 때의 1차측전압
- Ve = I₁* Z ( I₁: 정격1차 전류, Z : 변압기
임피던스)
2. % 임피던스
임피던스 전압을 백분율로 표시한 것.
- V₁ : 1차 정격 상 전압(V)
- P : 변압기 용량(KVA)
- V : 선간 전압(KV),
3. %임피던스가 변압기 특성에 미치는 영향
전압 변동률,
계통의 단락용량, 변압기의 병렬운전, 무 부하손과 부하손의 손실비 (최대효율의
부하율에 영향을 미침), 단락시 전선에 작용하는 전자기자력 등
%Z가 클
때 |
%Z가 작을 때 |
- 단락전류가 적다.
- 차단기용량이 작아진다.
- 전압변동율이 커진다.
- 부하손(동손)이 증가한다.
- 중량이 가벼워 진다.
|
- 단락용량이 커진다.(안정도가 높아
전기자 반작용이 작아진다)
- 전압변동율이 적어진다.
- 철손,기계손 증가
- 가격상승
- 부하손 감소
- 중량증가
|
4. 경제적인 %Z
전압(kv) |
5.7 |
22 |
66 |
154 |
%Z |
3~4 |
5 |
7.0 |
7.5 |
5. 표준백분율 임피던스 전압강하
전력용 변압기의 백분율 임피던스 전압은
자냉식 용량을 기준으로하여 [표 라-1]표준 백분율 임피던스전압에 의하여야
한다. 단, 특별히 명시할 때는 [표 라-1]의 저감 백분율 임피던스전압은 [표
라-1]에 의하며, 1차와 3차간 및 2차와 3차간의 백분율 임피던스전압은 제작사의
표준설계에 의하되, 필요시에는 사용자의 요구에 따른다. 단, OLTC부 변압기의
백분율 임피던스전압은 [표 라-1]의 백분율 임피던스전압에 0.5를 가산한다.
백분율 임피던스의 허용오차는 2권선
변압기의 경우 [표 라-1] 값의 ±7.5%, 3권선 변압기의 경우 [표 라-1]
값의 ±10%로 한다.
[표 라-1] 변압기의 백분율 임피던스전압
|
계통공칭전압 KV
|
백분율 임피던스전압 %
|
비고
|
|
1차
|
2차
|
표준
|
저감
|
|
22.9
66
66
154
154
154
|
3.45/6.9
3.45/6.9
22.9
22.9
22.9
66
|
6.0
8.0
8.5
11.0
14.5
11.5
|
-
-
-
10.3
13.5
10.5
|
-
-
-
-
30~60[MVA]적용
-
|
[표] 345[KV] 변압기의 백분율 임피던스 전압
|
권선간
|
백분율임피던스 전압치 %
|
비고
|
|
고압권선 - 중압권선
고압권선
- 저압권선
중압권선 - 저압권선
|
10
-
-
|
-
제작사의 표준에 준함.
단 계통보호상 필요시에는 사용자의 요구에 따른다.
|
- 변압기의 백분율 임피던스전압은
제2단계 송유풍냉식(송유수냉식 포함 166.7MVA)을 기준으로 한다.
- 백분율 임피던스전압치의 허용오차는
상기표 값의 ±10%로 한다.
- 3차측의 단락용량은 1000MVA를 넘지
않아야 한다.(25KA, 1차, 3차간 %임피던스 : 23%)
[표] 765[KV] 변압기의 백분율 임피던스 전압
|
권선간
|
백분율임피던스 전압치 %
|
비고
|
|
고압권선 - 중압권선
고압권선
- 저압권선
중압권선 - 저압권선
|
18
-
-
|
-
계통보호상 필요시에는
구매자의 요구에 따른다.
|
- 변압기의 백분율 임피던스는 제3단계
송유풍냉식을 기준으로 한다.
- 백분율 임피던스전압치의 허용오차는
상기표 값의 ±%로 한다. 단 두 대 이상 동시 제작시의 최대와 최소의
차는 규정치의 10%를 초과하지 않아야 한다.
- 3차측의 단락용량은 1000MVA를 넘지
않아야 한다.
변압기의 결선방식은 한전으로부터의 수전방식, 병렬운전방식,
접지방식 등과 부하의 종류에 따른 요구전압과 방식에 따라 결정된다.
수용가 입장에서 보면 변압기의
1차측 결선을 △로 하거나 Y로 하거나 간에 운용면에서 문제가 없지만,
한전의 입장에서는 수용가의 자체사고에
대한 부담능력이나 보호능력, 한전 개폐장치와의 보호협조, 수용가의 사고로
인한 한전 배전계통에 주는 영향, 타 수용가에 주는 피해정도가 문제되고,
변압기 제작사의 입장에서는
제작능력과 보증문제 및 한전의 요구사항 또는 법적 문제가 있다.
현재의 세계적인 추세는 전압이 100KV이상 또는
100KV미만이라도 용량이 적고 전류가 적은 권선의 경우에는 Y결선을 채용하는
것이 일반적이다. 또한, OLTC가 설치된 변압기의 경우 중성점측에 TAP 변환기를
배치하는 것이 유리하기 때문에 Y결선을 많이 채용한다.
변압기의 1,2차를 전부 Y결선 하여야 할 경우에는 고조파
문제, 유도문제 등이 발생하므로 변압기의 철심구조나 계통의 접지방식에 따라
3차권선을 △로 결선하여야 할 필요가 있다.
1. 변압기 결선방법
1-1. 일반적인 3상결선
- 3상 변압기 1대의 단기운전
- 단상변압기 3대의 3상 결선
- 단상변압기 2대의 3상 결선
1-2. 3상 전원에서 단상전원을 취할 때의 결선
3상 전원에서 단상전원을 취할 때는 설비 불평형(30%
이하까지 허용) 을 방지하여야 하며 특히, 특고,고압 대 용량의 단상 전기로
등을 사용시에는 전기사업자와 협의하여 아래의 결선에 의한다.(3상에서
단상전원을 사용하는 경우 접속방법 비교)
- 특별고압, 고압 수전에서 단상부하(전기로 등으로
평형유지가 곤란한 경우) 2개의 경우에는 2차를 스코트 접속에 의할 것.
- 2개의 단상부하일 때의 접속방법으로
1차부하가 평형이 되므로 부하에 제한이 없다. 또한 200VKA이하의 경우에는
일반변압기의 사용이 가능하다.
1-2-2. 2차 역V결선
- 특별고압, 고압 수전에서 단상부하(전기로 등으로
평형유지가 곤란한 경우) 1개의 경우에는 2차 역V 접속에 의할 것.
- 300 KVA이하의 단상부하 1개일
때
1-2-3. 별개의 선간에 부하를 접속
- 특별고압, 고압 수전에서 단상부하 2개의 경우로
1개의 부하용량이 200KVA 이하인 경우 부득이 한 경우에는 보통의 변압기
2대를 사용하여 별개의 선간에 부하를 접속할 수 있다.
- 특별고압, 고압 수전에서 단상부하 3개 이상인 경우
선간 전류가 평형이 되도록 각 선간에 접속할 것.
1-2-4. 보통의 단상접속
1-2-5. 불평형률의
제한을 받지 않는 경우
- 특별고압수전의 경우
- 100KW(KVA) 이하의 단상변압기
2대로 역V결선을 하는 경우
- 고압 및 특별고압 수전의 경우
- 단상부하용량의
최대와 최소의 차가 100KW(KVA) 이하인 경우
- 100KW(KVA) 이하의 단상변압기인
경우
- 저압수전에서 전용변압기 등으로 수전하는 경우.
2. 변압기결선의 종류별 특징
결선의
종류 |
특
징 |
Y-Y
|
장점 |
- 절연등급이 낮아진다.
- 고 전압결선에 적당하다.
- 순환전류가 흐르지 않는다.
|
단점 |
- 통신선에 유도장해를 유발한다.
- 제3고조파를 함유하는 경우 통신선에
장해를 주고 부하가 평형이 되어도 중성성은 고조파 전류분이
흘러 과열된다.
|
적용 |
- 1,2차 중성점이 필요한 곳
- 계통 연계용(YY△로 고조파 흡수)
- 전력변환장치, 대 용량 전등변압기는
적용하지 아니하는 것이 좋다.
|
△-Y
|
Y-△
|
|
장점 |
|
단점 |
- 1,2차 간의 30°의 위상변위가 생기므로
변압기 1대 고장시에도 송전불가.
|
적용 |
- △-Y : 75kVA 이상으로
중성점이 필요한 곳.
- Y-△ : 75kVA 이상으로
중성점이 필요 없는 곳.
|
△-△결선
|
장점 |
- 기전력의 왜곡을 일으키지 않는다(제3
고조파 흡수)
- 1대고장시 V결선으로 송전가능
- 대전류에 적합하다.
|
단점 |
- 중성점 접지가 곤란하여 지락사고 검출이
곤란하다.
- 변압비가
다른 것을 결선시 순환전류가 흐른다.
- 각 상의 임피던스가 다를 때 부하전류가
불평형이 된다.
|
적용 |
- 저 전압 대전류가 필요한 중성점이
불필요한 곳.
|
V-V
결선
|
장점 |
- 2대의 변압기로 3상 전력을 얻을 수
있다.
- 부하증설 및 고장시 대처에 유리하다.
|
단점 |
- 이용효율이 낮다.(2대분:86.6%, 3대분:
57.7%)
- 2차측
전압이 불평형으로 된다(전압강하 불평형)
|
Y 지그제그 |
장점 |
- 1,2차측 모두 중성점이 필요한 경우에
적용하며, 3차권선을 삽입 △접속하여 제3 고조파 여자전류
순환.
|
단점 |
|
3상-6상
상수변환
|
대각결선
|
특징 |
- 3상의 전원을 6상의 부하에 배분하는
수단의 하나
- 3대의 단상 변압기를 조합하여 2차
권선을 6상의 각 대각선상으로 접속한다
-
|
|
환상결선
|
|
|
|
2중 성형결선
|
|
|
|
2중 3각 결선
|
|
|
|
포오크 결선
|
|
|
- 2권선 변압기의 경우 1차권선 단자는
1차측에서 보하 본체 탱크케이스의 오른쪽으로부터 H1, H2, H3, H0로, 2차권선
단자는 2차측에서 보아 본체 탱크케이스의 왼쪽으로부터 X1, X2, X3, X0로
표시하여야 한다.
- 3권선 변압기의 경우 1차권선 단자
및 2차권선의 단자는 a항에 따라서 표시하여야 하고, 3차권선 단자는 3차측에서
보아 본체 탱크케이스의 왼쪽으로부터 Y1, Y2, Y3, Y0으로 표시하여야 한다.
[참고] 345KV와 765KV 변압기
- 고압단자는 H로 한다.
- 중압단자는 X로 한다.
- 고압중성점단자는 H0으로 한다.
- 저압단자는 전압측에서 보아 오른쪽으로부터
차례로 Y1, Y2로 한다.
2차권선의 방법에 따라 역기전력의 방향이 달라지는 것을
말하며 감극성과 가극성으로 구분되며, 변압기,변류기 모두 감극성을 기준으로
하고 있다.(변압기 극성시험)
각 변위(위상 차)는 전압벡터에서 고압측과 저압측의
각도차를 말하며,
전압에 위상차가 있으면 비록 전압이 같아도 위상차로
인해 과대전류가 흘러 변압기의 병렬운전이 불가능하다.
1. 각 변위 표시방법
변압기 결선방식에 따른 각 변위 표시는
IEC 76(Power Transformer)에서 규정하는 벡터군 기호에 의하여 아래와 같이
명시한다.
- 고압 : 대문자, 저압 : 소문자, Y결선 : Y, △결선
: △ 로 표기하며,
- △-△ = Dd0 △-
Y = Dy11
- Y -△ = Yd1 Y
- Y = Yy0
- 0 = 동상, 1 = 30°지상, 11 = 30°진상(330°지상),
5 = 150°지상을 나타냄.
2. 전압별 각변위
- 345KV 변압기 : 결선은 Y-Y-Δ 각변위
YNyn0d1
- 765KV 변압기 : 결선은 Y-Y-Δ 각변위
YNautod1 또는 YNad1
- 각 변압기의 권수비가 같고 1,2차 전압이 같을 것.
- 각 변압기의 임피던스 전압이 같고(임피던스가
낮은쪽의 변압기가 과부하가 된다. 단, 각 변압기간
임피던스 차가 10% 이내인 경우에는 무리가 없다) 저항과 리액턴스 비가 같을 것.
▶표준으로 적용하고 있는 X/R
比 ◀
500KVA = 5 , 1000KVA = 6 ,
2000KVA = 7 3000KVA = 8 , 6000KVA = 12.5 , 8000KVA = 14 10000KVA = 16 , 15000KVA = 18.7 , 20000KVA
= 22
- 3상의 경우 각 변위 및 상회전이 같을 것.
- 단상의 경우 극성이 같을 것.
- 각 변압기의 정격용량의 비가 3:1 이하일 것(제조업체
권장사항)
2. 변압기 병렬운전시 문제점
- 계통에 %Z가 적어져 단락용량이
증대된다.
- 전 부하 운전시 변압기 허용 과 부하율에
의한 변압기용량 증대로 손실증가.
- 차단기의
빈번한 동작에 의한 차단기 수명 단축(대수제어 등)
3. 부하분담
IA : a 변압기의 정격전류
IB
: b 변압기의 정격전류
Vn : 정격전압
za
: % IA Za
zb : % IB Zb
PA
: a 변압기의 정격용량
PB : b 변압기의 정격용량
Pa
: a 변압기의 부하용량
Pb : b 변압기의 부하용량
병렬운전시의 전류를 IA ,IB
라고 하면,
PA = mPB라고
하면,
또는 
a,b변압기의 저항과 리액턴스비(ra/xa
= rb/xb)가 같으면
4. 임피던스가
다를 경우의 병렬운전
변압기 병렬운전조건중에서 임피던스가 다른 경우에는
완전히 병렬운전이 불가능한 것은 아니고 적절하게 부하량을 감소시키면 병렬운전이
가능할 수 있다.
◆ 임피던스가 다른 변압기간의 병렬운전이 가능한 부하의
산출방법 -예-
구분 |
TR1 |
TR2 |
TR3 |
정격용량 KVA |
400 |
1000 |
500 |
%임피던스 |
4 |
6 |
4.5 |
변압기 총 설비용량 : 1,900KVA 인 경우 위의 변압기
3대를 병렬운전한다고 가정하면,
- 병렬운전시 전체 임피던스
- 각 변압기의 부하분담
위의 결과로 보면 TR1은 26%, TR3은 12%의 과부하로 된다.
이러한 경우 각 변압기가 과부하로 운전되는 것을 방지하려면 전체 임피던스를
3대의 변압기 중 임피던스가 가장낮은 4.0%로 하고 운전하면 된다. 이때 각 변압기의
부하분담은 아래와 같이 계산되고 따라서 과부하를 방지하기 위한 부하는 1511KVA
이하이므로 변압기 설비용량의 80%의 범위에서 병렬운전이 가능하다.
카. 기타
참고
