T 변압기(종류)*

일반 변압기의 철심 재료 대신 비결정질 합금인 아몰퍼스 합금을 사용하여 제작된 변압기를 말합니다. 아몰퍼스 합금은 결정 구조가 없는 비정질 상태로, 기존의 규소강판보다 훨씬 낮은 히스테리시스 손실과 맴돌이 전류 손실을 가지는 특징이 있습니다.

아몰퍼스 변압기의 특징

1)무부하손 감소(철손 감소)

2)부하율 낮은 곳에 유리

아몰퍼스 변압기의 장점

• 높은 효율: 기존 변압기의 철심 소재인 규소강판 대신 아몰퍼스 합금을 사용하여 무부하 손실을 크게 줄였습니다. 이는 전력 손실을 최소화하고 에너지 효율을 높이는 데 기여합니다.
• 낮은 발열: 무부하 손실 감소로 인해 변압기의 발열이 적어 장비 수명이 길어지고 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
• 작은 크기, 가벼운 무게: 아몰퍼스 합금의 특성상 얇고 가벼운 철심을 사용할 수 있어 변압기의 크기와 무게를 줄일 수 있습니다.
• 낮은 소음: 철손 감소로 인해 자기 잡음이 적어 조용한 환경에서 사용하기 적합합니다.

아몰퍼스 변압기의 단점

• 아몰퍼스 메탈 전량 수입
• 재활용불가
• 온도특성에 따라 자기특성이 저하
• 철심 두께 0.025[㎜]정도
• 점적률이 높아 치수가 커짐
• 충격에 약함
• 자왜현상이 큼
• 변압기 소음으로 인한 민원발생
• 고가의 변압기

아몰퍼스 변압기의 활용 분야

아몰퍼스 변압기는 높은 효율과 다양한 장점을 바탕으로 배전 변압기, 통신용 변압기, 산업용 변압기 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 특히 에너지 효율이 중요시되는 건물, 데이터센터, 공장 등에서 많이 사용됩니다.

1)장점

• 경제적: 2권선 변압기에 비해 권선량이 적어 제작 비용이 저렴합니다.
• 크기가 작고 무게가 가벼움: 권선량이 적어 부피가 작고 무게가 가볍습니다.
• 분로권선에는 1차와 2차의 차전류가 흘러 동손이 작다
• 효율이 높다(1,2차 전압차가 가까울수록 경제적임)
• %Z가(1-E1/E2)배 작으므로 전압변동률이 작다
• 단락 전류가 큼: 단락 임피던스가 작아 단락 전류가 큽니다.
• 자가용량 Ps=Pn(1-E1/E2)이므로, 작은 용량의 변압기로 큰 부하를 걸 수 있다

2)단점

변압비 조정이 어려움: 탭을 변경하여 변압비를 조정하는 것이 쉽지 않습니다.

1, 2차 절연이 불가능: 1차와 2차가 전기적으로 연결되어 있어 절연이 어렵습니다.

1차측에 이상 전압 발생 시 2차측에도 영향: 1차측에 이상 전압이 발생하면 2차측에도 고전압이 인가되어 위험합니다.

초고압 계통에서는 1차, 2차 모두 중성점 직접접지계통이어야 한다(지락전류 감소 목적으로 Floating시키는 경우 중성점에 피뢰기를 설치해야 한다)

열적 기계적 강도를 크게 해야 한다

단락 시 파괴 위험이 높음: 임피던스가 작아 단락 전류가 크기 때문에 단락 시 파괴될 위험이 높습니다.

충격전압은 직렬권선에 걸리므로 적절한 절연설계가 필요하다

무부하 전류가 큼: 2차측에 부하가 없을 때 무부하 전류가 커서 손실이 발생합니다.

1:1 변압기 설치 이유

• 송전선로의 정전용량이 너무 큰 경우
• 단락용량을 감소시키기 위한 경우
• 절연변압기로 사용하는경우
• 3배수 고조파 유출 방지하기 위한 경우
• 전기철도에서 흡상 변압기를 사용하는 경우
• 공항의 항공등화용으로 사용하는 경우

1:1 변압기가 갖추어야 할 특성

1,2차 코일의 혼촉이 발생하지 않아야 한다

임피던스중에 저항분이 작아 전력손실이 작아야 한다

송전선로용 또눈 단락용량을 경감시키기 위한 1:1변압기는 저항이 작고 리액턴스는 커야 한다

절연변항기, 항공등화용 변압기, 흡상변압기, 고조파 유출을 방지하기위한 변압기는 %임피던스가 작아 전압강하가 작아야 한다

두 변압기의 공통점

• 고효율: 기존 변압기에 비해 높은 효율을 자랑합니다. 즉, 전력 손실이 적어 에너지 효율이 높습니다.
• 몰드 방식: 절연체를 몰딩하여 제작되어 내구성이 뛰어나고 환경 변화에 강합니다.
• 저소음: 기존 변압기에 비해 소음이 적습니다.

두 변압기의 차이점

각 변압기의 상세 설명

아몰퍼스 고효율 몰드변압기

• 아몰퍼스 합금: 결정 구조가 없는 비정질 상태의 합금으로, 철손이 매우 적습니다.
• 장점:
  • 무부하 손실이 매우 낮아 에너지 절감 효과가 탁월합니다.
  • 긴 수명으로 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
• 단점:
  • 아몰퍼스 합금의 생산 비용이 높아 변압기 가격이 비쌉니다.
  • 대용량 제작이 어렵습니다.

저소음 고효율 몰드변압기

• 자구 미세화 강판: 일반 강판을 레이저로 가공하여 자구를 미세하게 분할한 강판으로, 와전류 손실을 감소시킵니다.
• 장점:
  • 소음이 매우 적어 조용한 환경에서 사용하기 적합합니다.
  • 대용량 제작이 가능합니다.
• 단점:
  • 아몰퍼스 합금에 비해 무부하 손실이 약간 높습니다.

어떤 변압기를 선택해야 할까요?

• 평균 부하율이 낮고, 무부하 손실을 최대한 줄이고 싶다면: 아몰퍼스 고효율 몰드변압기
• 소음에 민감하고, 대용량 변압기가 필요하다면: 저소음 고효율 몰드변압기

결론적으로, 아몰퍼스 고효율 몰드변압기와 저소음 고효율 몰드변압기는 각각의 장단점을 가지고 있으며, 사용 환경과 목적에 따라 적합한 변압기를 선택해야 합니다.

1. 유입식 절연

• 설명: 변압기 내부를 절연유로 채워 절연을 하는 방식입니다. 절연유는 높은 절연 내력과 방열 효과가 뛰어나 대용량 변압기에 주로 사용됩니다.
• 장점: 높은 절연 내력, 우수한 방열 효과, 낮은 손실
• 단점: 화재 위험, 유지보수가 어려움, 환경오염 가능성

2. 건식 절연

• 설명: 절연유 대신 건식 절연물(에폭시 수지 등)을 사용하여 절연하는 방식입니다.
• 장점: 화재 위험이 적고, 유지보수가 용이하며, 환경 친화적
• 단점: 절연 내력이 유입식에 비해 낮고, 가격이 비쌈

3. 몰드 절연

• 설명: 권선과 코어를 에폭시 수지 등으로 몰딩하여 일체화하는 방식입니다.
• 장점: 내진성, 내습성이 우수하고, 소형 경량화가 가능
• 단점: 제작 비용이 높고, 수리가 어려움

4. 가스 절연

• 설명: 절연유 대신 불활성 가스(SF6 등)를 사용하여 절연하는 방식입니다.
• 장점: 높은 절연 내력, 소형 경량화, 환경 친화적
• 단점: 가스 누출 위험, 고가

각 절연 방식의 비교

단권변압기란?

1차, 2차 양회로에 공통된 권선 부분을 가진 변압기로 승압기, 기동보상기 계통의 연결 등에 사용

단권변압기의 구조

단권변압기는 기본적으로 하나의 권선으로 구성되어 있으며, 이 권선의 일부를 1차측으로, 나머지 부분을 2차측으로 사용합니다. 따라서 2차측에 별도의 코일을 감지 않아도 되므로 재료비를 절약할 수 있습니다.

• 1차측 권선: 입력 전원이 연결되는 부분입니다.
• 2차측 권선: 1차측 권선의 일부분으로, 필요한 전압을 얻기 위해 사용됩니다.
• 철심: 자기회로를 형성하여 자속을 집중시키는 역할을 합니다.

단권변압기의 장점

• 경제적: 2권선 변압기에 비해 권선량이 적어 제작 비용이 저렴
• 소형, 경량: 권선량이 적어 부피가 작고 무게가 가볍습니다.
• 분로권선에는 1차와 2차의 차전류가 흘러 동손이 작다
• 효율이 높다(1,2차 전압차가 가까울수록 경제적임)
• %Z가(1-E1/E2)배 작으므로 전압변동률이 작다
• 단락 전류가 큼: 단락 임피던스가 작아 단락 전류가 큽니다.
• 자가용량 Ps=Pn(1-E1/E2)이므로, 작은 용량의 변압기로 큰 부하를 걸 수 있다
• 누설 자속이 적어 손실이 적음: 2차측 코일과의 결합이 밀접하여 누설 자속이 적어 효율이 높습니다.

단권변압기의 단점

• 단락 시 파괴 위험이 높음:임피던스가 작으므로 단락전류가 크다
• 열적 기계적 강도를 크게 해야 한다
• 충격전압은 직렬권선에 걸리므로 적절한 절연설계가 필요하다
• 저압 측도 고압 측과 같은 절연수준이 필요하다
• 1, 2차 절연이 불가능: 1차와 2차가 전기적으로 연결되어 있어 절연이 어렵습니다.
• 1차측에 이상 전압 발생 시 2차측에도 영향: 1차측에 이상 전압이 발생하면 2차측에도 고전압이 인가되어 위험합니다.
• 초고압 계통에서는 1차, 2차 모두 중성점 직접접지계통이어야 한다(지락전류 감소 목적으로 Floating시키는 경우 중성점에 피뢰기를 설치해야 한다)
• 무부하 전류가 큼: 2차측에 부하가 없을 때 무부하 전류가 커서 손실이 발생합니다.

단권변압기의 활용 분야

전력 계통 변압기 : 단상 3권선 단권변압기 YYΔ결선

전동기 기동 보상기: 전동기 기동 시 발생하는 큰 기동 전류를 감소시켜 전력계통에 미치는 영향을 줄입니다.

특고압 변압기: 고전압 변압기에 사용되어 전압을 조절합니다.

AT 방식 전기철도: 전기철도의 전력 공급 시스템에 사용됩니다.

전기 수용가 측의 승압기: 저압 전원을 고압으로 변성하여 사용할 때 활용됩니다.

실험용 슬라이닥

아몰퍼스 변압기란?

아몰퍼스 변압기는 일반 변압기의 철심 재료 대신 비결정질 합금인 아몰퍼스 합금을 사용하여 제작된 변압기를 말합니다. 아몰퍼스 합금은 결정 구조가 없는 비정질 상태로, 기존의 규소강판보다 훨씬 낮은 히스테리시스 손실과 맴돌이 전류 손실을 가지는 특징이 있습니다.

에너지 절감 효과

• 히스테리시스 손실 감소: 아몰퍼스 합금은 자기적 특성이 우수하여 자화와 탈자 과정에서 발생하는 에너지 손실인 히스테리시스 손실이 매우 적습니다.
• 맴돌이 전류 손실 감소: 얇은 두께의 아몰퍼스 띠를 사용하여 맴돌이 전류의 발생을 억제합니다.
• 철손 감소: 히스테리시스 손실과 맴돌이 전류 손실 감소로 인해 전체적인 철손이 크게 줄어들어 에너지 효율이 향상됩니다.
• 동손 감소: 아몰퍼스 변압기는 효율이 높아 동손 또한 감소하는 효과를 가져옵니다.

고조파 저감 효과

• 자기 포화 특성 향상: 아몰퍼스 합금은 자기 포화 특성이 우수하여 비선형 왜곡을 줄여 고조파 발생을 억제합니다.
• 철심 손실 감소: 철심 손실이 감소하면 고조파 발생의 원인이 되는 자기 포화 현상을 완화시켜 고조파를 저감합니다.

아몰퍼스 변압기와 일반 변압기 비교

결론

아몰퍼스 변압기는 일반 변압기에 비해 에너지 효율이 월등히 높고, 고조파 발생이 적다는 장점이 있습니다. 하지만 가격이 비싸다는 단점이 있습니다.

3권선 변압기는 일반적인 2권선 변압기와 달리 세 개의 권선을 가지고 있어 더욱 다양한 전력 변환이 가능한 변압기입니다.

1️⃣3권선 변압기의 특징

• 다양한 전압 변환: 하나의 변압기로 여러 종류의 전압을 얻을 수 있어 전력 시스템의 유연성을 높입니다.
• 고효율: 2개의 변압기를 사용하는 것보다 효율이 높고, 설치 공간을 절약할 수 있습니다.
• 제3고조파 제거: 3차 권선을 델타 결선으로 연결하면 제3고조파 전류를 권선 내에서 순환시켜 계통으로의 유입을 억제할 수 있습니다.
• 조상설비 설치: 3차 권선을 이용하여 조상 설비를 설치하여 무효 전력을 조절할 수 있습니다.
• 고장 전류 제한: 3차 권선이 고장 전류의 흐름을 재분배하여 고장 시 시스템에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.

2️⃣3권선 변압기 용도

• 영상 고조파 제거 : 3차 권선에 Δ결선하여 고조파가 유출되는 것을 방지
• 발전소 내 전력 공급용으로 설치
• 2종 전원 필요시 설치(2대 변압기 설치 못하는 경우)
• 전압이 다른 두 계통에서 수전하여 3차 전력 공급 시 설치
• 유도장해 경감대책용으로 설치
• Y-Y결선으로 절연비를 경감하고자 할 때 설치
• Y-Y결선으로 위상차를 없게 할 때 설치
• Y결선으로 중성점 접지하여 전위를 안정화 시킬 필요가 있을 때 설치
• 2차권선에 유도성 부하가 있는 경우 3차 권선에 진상용 콘덴서를 설치하면 1차회로의 역률을 개선

3️⃣3권선 변압기의 구조

3권선 변압기는 각 권선의 연결 방식에 따라 다양한 특성을 나타냅니다. 일반적으로 Y-Y-Δ 연결 방식이 많이 사용됩니다.

• Y-Y-Δ 연결: 1차, 2차 권선은 Y결선, 3차 권선은 Δ결선으로 연결하여 제3고조파를 제거하고, 중성점을 접지하여 접지 고장 시 보호 기능을 향상시킵니다.

4️⃣3권선 변압기의 장점

• 경제성: 2개의 변압기를 사용하는 것보다 경제적입니다.
• 효율성: 효율이 높아 전력 손실을 줄일 수 있습니다.
• 유연성: 다양한 전압 변환이 가능하여 시스템 설계의 유연성을 높입니다.

6️⃣3권선 변압기의 단점

• 구조가 복잡: 2권선 변압기에 비해 구조가 복잡하여 제작 및 유지보수가 어려울 수 있습니다.
• 가격이 비쌈: 일반적으로 2권선 변압기에 비해 가격이 비쌉니다.

결론

3권선 변압기는 다양한 전력 시스템에서 활용되는 중요한 전력 설비입니다. 다양한 전압 변환, 고효율, 제3고조파 제거 등의 장점을 가지고 있지만, 구조가 복잡하고 가격이 비싸다는 단점도 있습니다. 따라서 시스템의 특성과 요구사항을 고려하여 적절한 변압기를 선택하는 것이 중요합니다.

절연 변압기란?

절연 변압기는 1차측과 2차측이 전기적으로 완전히 분리되어 있는 변압기를 말합니다. 즉, 1차측과 2차측 사이에 직접적인 전기적인 연결이 없어 1차측의 고전압이 2차측으로 직접 유입될 가능성을 차단합니다. 이러한 특성 때문에 절연 변압기는 안전 변압기라고도 불립니다.

절연 변압기의 기능

• 전기적 절연: 1차측과 2차측을 완전히 분리하여 전기 충격으로부터 사람과 장비를 보호합니다.
• 노이즈 감소: 1차측의 노이즈가 2차측으로 전달되는 것을 방지하여 깨끗한 전원을 공급합니다.
• 접지 루프 방지: 접지 루프를 형성하여 발생할 수 있는 접지 고장을 방지합니다.
• 안전성 향상: 전기 작업 시 안전성을 높여 감전 사고를 예방합니다.

절연 변압기의 주요 용도

• 안전을 요구하는 장비: 의료 기기, 계측 장비, 통신 장비 등 안전이 중요한 장비에 사용됩니다.
• 노이즈가 민감한 장비: 오디오 장비, 컴퓨터, 통신 시스템 등 노이즈에 민감한 장비에 사용됩니다.
• 접지 루프가 발생하기 쉬운 시스템: 다중 접지 시스템에서 접지 루프를 방지하기 위해 사용됩니다.
• 전기 충격 방지: 수영장, 욕실 등 습기가 많은 곳에서 사용되는 전기 기기에 사용됩니다.

절연 변압기의 종류

• 1:1 변압기: 1차측과 2차측의 권수비가 같아 전압 변환 없이 절연만 제공합니다.
• 승압 변압기: 2차측의 전압이 1차측보다 높은 변압기입니다.
• 강압 변압기: 2차측의 전압이 1차측보다 낮은 변압기입니다.

절연 변압기 선택 시 고려 사항

• 용도: 어떤 용도로 사용할 것인지에 따라 필요한 용량과 전압을 선택해야 합니다.
• 안전 기준: 관련 안전 규정을 준수하여 적절한 등급의 절연 변압기를 선택해야 합니다.
• 환경: 설치 환경에 따라 내열성, 방수성 등을 고려해야 합니다.
• 효율: 에너지 효율을 고려하여 선택하는 것이 좋습니다.

결론

절연 변압기는 전기 시스템에서 안전을 확보하고 전기적 품질을 향상시키는 데 필수적인 장치입니다. 다양한 용도에 맞게 적절한 절연 변압기를 선택하여 사용한다면 전기 시스템의 안전성과 신뢰성을 높일 수 있습니다.