임피던스 전압이 변압기특성에 영향을 주는요소
임피던스 전압은 변압기 2차측을 단락하여 1차측에 정격전류가 흐르도록 인가하는 전압으로 변압기 자체 임피던스를 알고자 할때 사용된다
%임피던스 전압은 정상 전압과 임피던스 전압강하분의 배분율 비를 말한다
\[\%Z=\frac{V_s}{V_{1n}}\times 100=\frac{Z_{1n}\times Z}{V_{1n}}\times100[\%]\]
%임피던스 전압이 변압기 특성에 미치는 영향
1)변압기 무부하손과 부하손의 비(손실비)
- 변압기의 무부하손은 청손으로서 변압기의 리액턴스 성분과 관련되며,부하손은 동손으로서 주로 저항 성분과 관련된다
- 따라서 %Z는 저항 성분과 리액턴스 성분으로 구성되어 있으므로 변압기의 무부하손과 부하손의 비와 관련되어 있음을 알 수 있다
- 또한 변압기는 무부하손과 부하손이 동등하게 될 때 최고의 효율점이므로 이에 따라 용량을 산출하면 경제적인 변압기 선택을 할 수 있다.
2)전압변동률(ε)
\[\epsilon=\frac{E_s-E_r}{E_r}=\frac{I(R\cos\theta+X\sin\theta)}{E_r}\]
\[≒ P\cos\theta+Q\sin\theta\]
\[P=\frac{I\cdot R}{E_r}\]
\[Q=\frac{I\cdot X}{E_r}\]
\[\%Z=\sqrt{P^2+Q^2}\]
%임피던스전압은 전압변동률과 관련된다
3)계통의 단락용량
- 단락용량 계산법에는 대칭좌표법, 클라크법, 옴의 법칙, %Z법, PU법 등이 있으나, 이중에서 계산이 간략하고 손쉽게 적용할 수 있는 장점 때문에 %Z법이 많이 사용된다
- 단략용량을 구하는것은 전기계통 시스템의 구성을 검토하고 계획하는 데 있어서 그 기계적 및 열적 강도 검토, 기계의 분리 및 안전성, 시스템의 경제성 등을 결정하는데 이 단락전류에 의해서 좌우된다
- 주로 사용되는 %Z법에 의해 단락전류 및 단락용량을 계산하면
\[I_s=\frac{100\times I_n}{\%Z}\]
\[P_s=\frac{100\times P_n}{\%Z}[MVA]\]
- 따라서 단락용량이 %Z와 관련됨을 알 수 있다.
4)변압기 병렬운전
- 변압기 병렬운전 조건
- 1차, 2차 전압이 같아야 한다.
- 임피던스 전압이 같고 저항과 리액턴스의 비가 같아야 한다
- 단상변압기는 극성이, 3상 변압기는 각변위와 상회전이 같아야 한다
- 부하분담 시 용량에는 비례하고, %Z에는 반비례한다
\[\frac{I_A}{I_B}=\frac{[kVA]A\times \%Z_B}{[kVA]B\times \%Z_A}\]
- 따라서 변압기 병렬운전에서 부하분담은 %ㅋ와 관련됨을 알 수 있다.
5)단락시 권선에 작용하는 전자기계력
- 단락전류가 흐를 때 권선 상호 간, 권선과 철심 상호간에 전자기계력이 발생하는데 이 단락전류는 임피던스 전압에 따라 달라진다
- 따라서 %임피던스 전압은 전자기계력과 관련됨을 알 수 있다
\[F=2\times 10^{-7}\times \frac{I_1\cdot I_2}{r^2}[N/m]\]
결론
- 동일 용량의 변압기의 %임피던스 전압을 증가시키면 부하손이 커지고 전압변동률이 커지나 그 대신 단락용량이 작아진다
- 따라서 변압기 및 차단기 선정 시 %임피던스 전압은 손실, 전압변동률, 단락용량 등과 관련되어 대단히 중요한 요소라고 할 수 있다.