T 변압기(결선)*

동작 원리

변압기를 여자 및 2차 측 부하를 건 상태에서 Tap조정이 가능한 장치를 말하며, 일반적으로 유입식 대용량 전력변압기에 적용되는 설비

OLTC의 종류:

• 직접식
  • 구조가 간단하다
  • 손실이 최소가 된다
  • 선로의 절연계급, Tap 전류에 대응한 변환기 필요

• 독립회로식
  • 전류에 관계없이 Tap변환기를 사용하고, 선로의 절연계급에 관계없이 사용
  • 구조가 복잡하고 대형화되며, 손실이 증가

• Tap권선 공용식
  • 선로전류보다 저감된 전류Tap변환기 사용가능
  • 선로의 절연계급에 대응한 변환기 필요
  • 구조가 복잡하고 대형화

OLTC의 동작 원리는 다음과 같습니다.

1. 전압 감지: OLTC는 변압기의 2차측 전압을 지속적으로 감시합니다.
2. 신호 발생: 설정된 전압 범위를 벗어나면 제어 회로에 신호를 보냅니다.
3. 접촉기 동작: 제어 회로의 신호에 따라 접촉기가 작동하여 탭을 변경합니다.
4. 전압 조정: 탭이 변경되면 1차 권선의 회전수가 변화하여 2차 전압이 조정됩니다.

표준 부하 시 탭 절환기의 정격

OLTC의 정격은 다음과 같은 요소들로 이루어집니다.

• 정격 전압: 변압기의 정격 전압
• 정격 전류: 변압기의 정격 전류
• 탭 수: 탭의 총 개수
• 탭 변화율: 인접한 두 탭 사이의 전압 변화율
• 절환 시간: 탭을 변경하는 데 걸리는 시간
• 수명: OLTC의 기대 수명

표준 부하 시 탭 절환기의 정격은 IEC, ANSI 등 국제 표준에 따라 정해지며, 변압기의 종류와 용량에 따라 달라질 수 있습니다.

구조

OLTC는 크게 다음과 같은 부분으로 구성됩니다.

• 접촉기: 탭을 변경하기 위한 접촉 장치
• 선택기: 원하는 탭을 선택하는 장치
• 구동 장치: 접촉기를 구동하는 장치 (유압, 공압, 전자 등)
• 절연유: 접촉기를 냉각하고 절연하기 위한 절연유
• 탱크: OLTC를 보호하고 절연유를 담는 탱크
• 제어 회로: OLTC의 동작을 제어하는 회로

OLTC의 기능

• 전압 조정: 부하 변동에 따라 2차 전압을 일정하게 유지합니다.
• 전압 불균형 보상: 3상 시스템에서 상 간의 전압 불균형을 보상합니다.
• 계통 안정도 향상: 전압 변동을 억제하여 계통의 안정도를 향상시킵니다.
• 변압기 보호: 과부하, 과전류 등으로부터 변압기를 보호합니다.

시험 목적

• 변압기의 기계적 강도 확인:
  • 단락 사고 시 발생하는 전자력에 의한 권선의 변형이나 손상 여부를 확인합니다.
• 절연 내력 확인:
  • 단락 사고 시 발생하는 고전압에 의한 절연 파괴 여부를 확인합니다.
• 온도 상승 확인:
  • 단락 사고 시 발생하는 발열에 의한 온도 상승이 허용 기준을 초과하는지 확인합니다.
• 접촉 저항 확인:
  • 접촉 저항이 증가하여 발열이 발생하는지 확인합니다.

ANSI/IEEE 규격

• 시험 방법: 아래식에 의해서 계산된 시험전류를 각상에 2회씩 총 6회 통전한다. 이 중 1회는 장시간 전류시험을 실시
• 시험 시간: 각 시험은 0.25초 동안 진행하며, 대칭 장시간 전류 시험은 식에 의해 계산된 시간 동안 진행됩니다.
• 시험 목적: 변압기 권선의 기계적 강도, 절연 내력, 온도 상승 등을 평가하여 변압기의 단락 사고에 대한 내구성을 확인합니다.

IEC 규격

• 시험 방법: 각 상에 시험 전류를 3회씩 총 9회의 대칭 전류 시험을 실시합니다.
• 시험 시간: 매 시험은 0.5초 동안 진행됩니다.
• 시험 목적: ANSI/IEEE 규격과 마찬가지로 변압기의 단락 사고에 대한 내구성을 평가합니다.

주요 차이점은 시험 횟수와 시험 시간, 그리고 대칭 장시간 시험의 유무입니다. IEC 규격은 ANSI/IEEE 규격에 비해 시험 횟수가 많고, 시험 시간이 길어 변압기에 가해지는 스트레스가 더 큽니다.

변압기 공장 입회시험은 제작된 변압기가 승인 사양과 계약 요구사항에 부합하는지 확인하는 과정입니다. 이 시험은 다양한 항목을 포함하며, 주요 시험 항목과 특성은 다음과 같습니다

1. 구조 및 외관검사:
   • 제작된 변압기의 외관, 부품, 치수를 검사합니다.
   • 도장 상태도 확인합니다.
2. 변압비 측정:
   • 변압기 각 권선의 권수비를 확인하여 정격전압으로 변환되는지 검사합니다.
   • 측정 방법으로 유기기전력 비교 또는 비오차 시험기를 사용합니다.
3. 극성 및 각변위 시험:
   • 극성을 확인하고 권선의 내부결선, 위상각, 상회전 방향을 검사합니다.
   • 교류전압을 이용하여 극성을 확인합니다.
4. 권선저항 측정:
   • 변압기 권선의 단선 여부를 검사하고 동손 및 온도 상승치 계산에 활용합니다.
5. 부하손과 임피던스전압 측정:
   • 부하손과 임피던스전압이 규정에 적합한지 확인합니다.
   • 효율, 전압변동률, 단락전류 계산에 활용됩니다.
6. 무부하손과 여자전류 측정:
   • 무부하손과 여자전류가 규정에 맞는지 검사합니다.
   • 변압기 효율 산출에 활용됩니다.
7. 유도내전압 시험:
   • 변압기의 각 턴 간 및 색션 간 절연강도를 확인합니다.
   • 부분방전 측정과 병행합니다.
8. 부분방전 시험:
   • 변압기 내부의 RIV (Radio Interference Voltage)를 측정하여 이상유무를 판단합니다.
9. 상용주파내전압 시험:
   • 변압기 권선 간 및 권선 – 대지 간 절연강도를 확인합니다.
10. 절연역률측정 시험:
    • 변압기 절연물의 열화 정도를 분석하기 위해 초기 데이터를 제공합니다.
11. 온도상승 시험:
    • 변압기 권선 및 절연물의 온도상승이 규정 내에 있는지 검증합니다.
12. 뇌 충격내전압 시험:
    • 변압기가 뇌 충격전압에 견딜 수 있는지 확인합니다.
13. 개폐 충격내전압 시험:
    • 선로 개폐에 의한 이상전압에 대해 절연계급을 확인합니다.
14. 단락강도 시험:
    • 변압기 외부회로 단락으로 인한 고장전류를 확인합니다.

1. 무부하 시험

목적: 변압기의 철손과 무부하 전류를 측정하여 철심의 자기 특성을 파악하고, 공극률 및 누설 자속 등을 간접적으로 추정

회로:

• 2차측을 개방하고 1차측에 정격 전압을 가합니다.
• 전압계로 1차측 전압(V₁)을, 전류계로 1차측 무부하 전류(I₀)를, 그리고 와트미터로 무부하 손실(P₀)을 측정합니다.

측정값으로부터 계산되는 값:

• 철손(P₀): 와트미터에서 직접 읽을 수 있습니다.
• 자화 전류(Im): 무부하 전류(I₀)의 자화 성분으로, 전력계의 지시값이 거의 0에 가까울 때 무부하 전류와 같다고 볼 수 있습니다.
• 무효 전류(Ie): 무부하 전류(I₀)의 무효 성분으로, 코일의 동손에 의한 전류입니다.

2. 단락 시험

목적: 변압기의 단락 임피던스, 동손, 전압 변동률을 측정하여 부하 변동에 따른 전압 변화를 예측하고, 변압기의 온도 상승을 계산하는 데 사용합니다.

회로:

• 2차측을 단락시키고, 1차측에 점차 전압을 가하여 정격 전류가 흐르도록 합니다.
• 전압계로 1차측 전압(Vsc), 전류계로 1차측 전류(Isc), 그리고 와트미터로 단락 손실(Psc)을 측정

측정값으로부터 계산되는 값:

• 단락 임피던스(Zsc): Vsc/Isc로 계산
• 동손(Psc): 와트미터에서 직접 읽을 수 있습
• 임피던스 전압(％Z): (Vsc/V₁) x 100으로 계산

3. 변압기 특성

• 전압 변동률이 작을수록 부하 변동에 따른 전압 변화가 적어 안정적인 전압을 유지

임피던스 전압:

• 변압기의 단락 임피던스를 백분율로 나타낸 값
• 임피던스 전압이 낮을수록 단락 전류가 커지므로, 보호 계전기의 선택에 중요한 요소

효율:

• 입력 전력에 대한 출력 전력의 비율
• 무부하 시험과 단락 시험에서 얻은 값을 이용하여 계산
• 효율은 부하율에 따라 달라지며, 일반적으로 정격 부하 부근에서 최대

전압 변동률:

• 부하 변동에 따른 2차측 전압의 변화율을 백분율로 나타낸 값
• 임피던스 전압과 부하의 역률에 따라 결정

변압기 병렬운전

변압기 병렬운전이란 두 대 이상의 변압기를 동일한 부하에 연결하여 전력을 공급하는 운전 방식입니다. 이는 다음과 같은 이유로 활용됩니다.

• 신뢰성 향상: 한 대의 변압기 고장 시에도 다른 변압기가 부하를 담당하여 전력 공급의 안정성을 확보합니다.
• 효율 증대: 부하 변동에 따라 변압기의 운전 효율을 최적화할 수 있습니다.
• 설비 투자 절감: 단일 대용량 변압기 대신 소용량 변압기 여러 대를 병렬 운전하여 초기 투자 비용을 줄일 수 있습니다.

병렬운전 조건

• 1차 및 2차 정격전압(권수비) 일치:
  각 변압기의 1차 및 2차 전압이 동일해야 합니다.
• 권수비 일치: 각 변압기의 권수비가 동일해야 합니다.
• 극성 일치(상회전방향): 각 변압기의 극성이 일치해야 합니다.
• % 임피던스 유사: 각 변압기의 % 임피던스가 유사해야 부하 분담이 고르게 이루어집니다.
• 위상 일치: 각 변압기의 위상이 일치해야 합니다.

병렬운전 시 주의사항

순환 전류: 병렬 운전 조건이 완벽하게 일치하지 않을 경우 순환 전류가 발생하여 변압기 손실을 증가시킬 수 있습니다.

부하 분담: % 임피던스가 다른 경우 부하 분담이 불균일하게 발생할 수 있습니다.

고조파 발생: 비선형 부하 연결 시 고조파 발생으로 인한 문제가 발생할 수 있습니다.

변압기 통합운전

변압기 통합운전은 다수의 변압기를 하나의 시스템으로 통합하여 운전하는 것을 의미합니다. 병렬 운전과 유사하지만, 통합 운전은 더욱 복잡한 시스템 관리 및 제어를 필요로 합니다.

통합운전의 목적

• 효율 극대화: 다수의 변압기를 최적화하여 시스템 전체의 효율을 극대화합니다.
• 신뢰성 향상: 여유 용량 확보 및 고장 시 빠른 복구를 통해 시스템의 안정성을 높입니다.
• 유연성 확장: 부하 변동에 유연하게 대응하고 시스템 확장이 용이합니다.

통합운전 시스템 구성

통합 운전 시스템은 다음과 같은 구성 요소로 이루어집니다.

• 변압기: 다수의 변압기
• 보호계전기: 각 변압기의 보호 및 제어
• SCADA 시스템: 시스템 전체 감시 및 제어
• 통신 시스템: 각 구성 요소 간의 통신

통합운전의 장점

미래 에너지 시스템과의 연동: 신재생에너지, 에너지 저장 시스템 등과의 연동을 통해 미래 에너지 시스템 구축에 기여할 수 있습니다.

효율적인 에너지 관리: 실시간 부하 변동에 따라 변압기 운전을 최적화하여 에너지 손실을 줄일 수 있습니다.

유지보수 편의성: 중앙 집중식 관리 시스템을 통해 유지보수 작업을 효율적으로 수행할 수 있습니다.

병렬운전이란

• 2대 이상의 발전기를 동일 모선에 접속시켜 공통의 부하에 전력을 공급하는 방식
• 병렬운전의 목적은 전력선을 필요로 하는 부하에 정전없이 정격의 전압을 안정하게 공급하기 위함이나 현실적으로 다음과 같은 경우에도 사용
  • 발전기 1대의 용량으로 부족한 경우
  • 부하의 변동이 심한 경우
  • 부하의 증감에 따라 예비가 필요한 경우
  • 발전기의 무리한 운전을 피하고 효율을 향상시키고자 할 경우

병렬운전 조건

• 전압 일치: 발전기의 단자전압이 계통 전압과 같아야 합니다.
• 주파수 일치: 발전기의 주파수가 계통 주파수와 같아야 합니다.
• 위상 일치: 발전기의 전압 위상이 계통 전압 위상과 일치해야 합니다.
• 극성 일치: 발전기의 극성이 계통의 극성과 일치해야 합니다.
• 순시 전압: 발전기의 순시 전압이 계통의 순시 전압보다 약간 높아야 합니다. (동기화 과정에서 발전기가 계통에 전력을 공급하도록 하기 위함)

각종 제어 장치

병렬운전을 안정적으로 수행하기 위해 다음과 같은 제어 장치가 필요합니다.

• 속도 조절기 (Governor): 발전기의 회전 속도를 조절하여 주파수를 일정하게 유지합니다.
• 여자기 (Exciter): 발전기의 자기장을 조절하여 전압을 일정하게 유지합니다.
• 동기화 장치: 발전기와 계통의 전압, 주파수, 위상을 일치시키는 장치입니다.
• 보호 계전기: 과전류, 지락, 역전력 등의 이상 상태를 감지하고 발전기를 계통에서 분리시키는 역할을 합니다.
• 무효전력 제어 장치: 계통의 무효전력을 조절하여 전압 안정도를 유지합니다.
• 주파수 제어 시스템: 계통 주파수를 일정하게 유지하기 위한 제어 시스템입니다.

병렬운전 과정

1. 발전기 준비: 발전기를 기동하고, 속도를 서서히 증가시켜 계통 주파수와 일치시킵니다.
2. 전압 조정: 여자기를 조절하여 발전기 전압을 계통 전압과 일치시킵니다.
3. 위상 일치: 동기화 장치를 이용하여 발전기와 계통의 위상을 일치시킵니다.
4. 병렬 연결: 위상이 일치하면 접속기를 닫아 발전기를 계통에 병렬 연결합니다.
5. 부하 분담: 발전기의 출력을 조절하여 부하를 분담합니다.

임피던스 전압이 다르면 부하분담이 달라지고 임피던스 전압이 작은 쪽 변압기의 부하분담이 증가되어 과부하로 소손의 위험이 있다. 허용범위는 +10%정도이다

R과 X의 비가 다른경우비의 차이에 의해 위상차가 발생하고 위상차에 의해 전압차가 발생 이 전압차에 의해유효전류가 흐른다

병렬 운전 시 임피던스 고려의 중요성

• 전류 분배 불균형: 임피던스가 다른 변압기는 부하 전류를 균등하게 분담하지 않아 과부하가 발생할 수 있습니다.
• 전압 강하 차이: 각 변압기의 임피던스가 다르면 전압 강하가 달라져 시스템의 전압 불안정을 야기할 수 있습니다.
• 손실 증가: 전류 분배가 불균일하면 동손이 증가하여 효율이 저하됩니다.

계산 예시

가정:

• 두 개의 변압기 A, B가 병렬 연결되어 있다.
• 변압기 A의 용량: 100kVA, %Z = 5%
• 변압기 B의 용량: 150kVA, %Z = 4%
• 총 부하: 200kVA

계산:

1. 각 변압기의 임피던스 값 구하기
   • 변압기의 임피던스 Z = (정격 전압)^2 / (정격 용량 * %Z)
   • 각 변압기의 정격 전압이 같다고 가정하면,
     • Z_A = (V^2) / (100kVA * 5%)
     • Z_B = (V^2) / (150kVA * 4%)
2. 병렬 회로의 합성 임피던스 구하기
   • 병렬 회로의 합성 임피던스는 다음과 같이 계산됩니다.
     • 1/Z_total = 1/Z_A + 1/Z_B
     • Z_total = (Z_A * Z_B) / (Z_A + Z_B)
3. 각 변압기에 흐르는 전류 계산
   • 각 변압기를 통해 흐르는 전류는 다음과 같이 계산됩니다.
     • I_A = V / (Z_A + Z_total)
     • I_B = V / (Z_B + Z_total)

결과 분석:

• 위 계산 결과를 통해 각 변압기에 흐르는 전류를 비교하여 전류 분배가 균일하지 않음을 확인할 수 있습니다.
• 임피던스가 작은 변압기(B)에 더 많은 전류가 흘러 과부하가 발생할 가능성이 높습니다.

임피던스 불일치 해결 방안

• 병렬 운전 금지: 임피던스 차이가 너무 큰 경우에는 병렬 운전을 피하고 별도로 운전해야 합니다.

• 임피던스 조정: 변압기의 탭 체인저를 이용하여 임피던스를 조정하여 전류 분배를 균일하게 할 수 있습니다.

• 외부 임피던스 추가: 외부 임피던스를 추가하여 각 변압기의 임피던스를 조정할 수 있습니다.

각 결선 방법의 각 변위 동일성

• Y-Y 결선: 각 변압기의 1차 및 2차 권선이 모두 Y형으로 연결된 경우, 각 변위는 0도입니다. 즉, 1차와 2차 사이의 위상 차이가 없습니다.
• Δ-Δ 결선: 각 변압기의 1차 및 2차 권선이 모두 Δ형으로 연결된 경우, 각 변위는 0도입니다. Y-Y 결선과 마찬가지로 위상 차이가 없습니다.
• Y-Δ 결선: 1차는 Y형, 2차는 Δ형으로 연결된 경우, 각 변위는 30도입니다. 1차 전압이 2차 전압보다 30도 앞서 있습니다.
• Δ-Y 결선: 1차는 Δ형, 2차는 Y형으로 연결된 경우, 각 변위는 -30도입니다. 1차 전압이 2차 전압보다 30도 뒤쳐져 있습니다.

각 결선 방법에서 각 변위가 동일한 이유는 다음과 같습니다.

• 권선의 연결 방식이 동일: 각 결선 방법에서 각 변압기의 권선 연결 방식이 동일하기 때문에, 각 변압기의 위상 관계가 동일하게 유지됩니다.
• 기준 위상의 선택: 각 결선 방법에서 기준 위상을 일관되게 선택하면, 모든 변압기의 위상 관계를 동일하게 표현할 수 있습니다.

왜 각 변위가 같아야 할까요?

• 효율 저하 방지: 순환 전류로 인해 효율이 저하될 수 있습니다.
• 순환 전류 방지: 각 변압기의 위상이 다르면 순환 전류가 발생하여 변압기의 손실이 증가하고, 과열될 수 있습니다.
• 전압 불균형 방지: 위상 차이로 인해 전압 불균형이 발생하여 시스템의 안정성을 저해할 수 있습니다.

병렬 운전 시 붕괴 현상

1)원인

• 순환 전류: 위상 차이, 임피던스 차이 등으로 인해 순환 전류가 흘러 변압기가 과열되고 손상될 수 있습니다.
• 부하 분담 불균형: 임피던스 차이로 인해 부하가 균등하게 분담되지 않아 특정 변압기에 과부하가 걸릴 수 있습니다.
• 전압 불균형: 위상 차이로 인해 전압 불균형이 발생하여 시스템의 안정성을 저해할 수 있습니다.
• 효율 저하: 순환 전류로 인해 동손이 증가하여 효율이 저하됩니다.
• 보호계전기 오동작: 순환 전류나 부하 불균형으로 인해 보호계전기가 오동작하여 시스템이 정지될 수 있습니다.

2)붕괴 현상 예방

• 병렬 운전 조건 철저히 확인: 위에서 언급한 모든 조건을 꼼꼼하게 확인해야 합니다.
• 정기적인 점검: 변압기의 상태를 정기적으로 점검하여 이상 유무를 확인해야 합니다.
• 보호 계전기 설정: 적절한 보호 계전기를 설치하여 이상 상황 발생 시 신속하게 대처해야 합니다.
• 전문가의 도움: 변압기 병렬 운전은 전문적인 지식이 필요하므로, 전문가의 도움을 받는 것이 좋습니다.

문제 요약:

• 두 개의 단상 변압기가 병렬 연결되어 있습니다.
• 각 변압기의 임피던스와 정격 용량이 다릅니다.
• 총 부하가 1500kVA이고 역률이 0.8일 때, 각 변압기가 맡는 부하를 계산해야 합니다.

해결 과정:

1. 상당 전력 계산:
   • 총 부하 1500kVA를 상 수로 나누어 각 상의 상당 전력을 구합니다. (1500kVA / 3상 = 500kVA/상)
   • 역률을 이용하여 유효 전력을 계산합니다. (500kVA/상 * 0.8 = 400kW/상)
2. 총 임피던스 계산:
   • 두 변압기의 임피던스를 병렬 연결한 것과 같이 계산합니다. (1/Z_총 = 1/Z1 + 1/Z2)
3. 상 전압 계산:
   • 상당 전력, 유효 전력, 역률을 이용하여 상 전압을 계산합니다.
4. 선로 전류 계산:
   • 상 전압과 유효 전력, 역률을 이용하여 선로 전류를 계산합니다.
5. 총 임피던스에서의 전압 강하 계산:
   • 선로 전류와 총 임피던스를 곱하여 전압 강하를 계산합니다.
6. 각 변압기 단자 전압 계산:
   • 총 전압에서 각 변압기를 통과하는 전압 강하의 절반을 더하거나 빼서 각 변압기 단자 전압을 구합니다.
7. 각 변압기를 흐르는 전류 계산:
   • 각 변압기 단자 전압과 각 변압기 임피던스를 이용하여 각 변압기를 흐르는 전류를 계산합니다.
8. 각 변압기의 상당 전력 계산:
   • 각 변압기를 흐르는 전류와 각 변압기 단자 전압을 이용하여 각 변압기의 상당 전력을 계산합니다.

왜 이렇게 복잡한 계산을 해야 할까요?

• 임피던스 차이: 두 변압기의 임피던스가 다르기 때문에 각 변압기를 흐르는 전류가 다릅니다.
• 전압 강하: 부하에 의해 전압 강하가 발생하고, 이는 각 변압기의 단자 전압에 영향을 미칩니다.
• 병렬 연결: 병렬 연결된 회로의 특성상, 각 소자에 흐르는 전류는 임피던스에 반비례합니다.

결과 해석:

위 계산을 통해 각 변압기가 맡는 부하를 정확하게 계산할 수 있습니다. 일반적으로 임피던스가 작은 변압기가 더 많은 부하를 맡게 됩니다.

주의할 점:

변압기 손상: 부하 분담이 불균형하거나, 과부하가 발생하면 변압기가 손상될 수 있습니다.

단상 시스템: 문제에서 단상 시스템이라고 가정했지만, 실제로는 3상 시스템이 더 일반적입니다. 3상 시스템의 경우, 상 간의 위상 차이를 고려해야 합니다.

부하 불균형: 부하가 불균형하게 연결되면 각 변압기에 가해지는 부담이 달라질 수 있습니다.

Y-Y 결선:

1차측과 2차측 모두 Y형으로 연결된 방식입니다.

장점: 중성점을 접지하여 지락 사고 시 보호가 용이하고, 고전압 계통에 주로 사용됩니다.

단점: 3차 고조파 전류가 선로로 흘러 통신선에 영향을 줄 수 있습니다.

Δ-Δ 결선:

1차측과 2차측 모두 Δ형으로 연결된 방식입니다.

장점: 3차 고조파 전류가 Δ결선 내에서 순환하여 외부로 유출되지 않아 통신선에 영향을 미치지 않습니다.

단점: 중성점이 없어 지락 사고 시 보호가 어렵고, 비접지 계통에 주로 사용됩니다.

Y-Δ 결선:

1차측은 Y형, 2차측은 Δ형으로 연결된 방식입니다.

장점: Y결선의 중성점을 접지하여 지락 사고 시 보호가 용이하고, 3차 고조파 전류가 Δ결선 내에서 순환하여 외부로 유출되지 않습니다.

단점: 1차와 2차 사이에 위상차가 발생합니다.

Δ-Y 결선:

1차측은 Δ형, 2차측은 Y형으로 연결된 방식입니다.

장점: Y-Δ 결선과 유사한 특징을 가지며, 주로 저전압 측에 사용됩니다.

단점: 1차와 2차 사이에 위상차가 발생합니다.

V결선과 3대 결선의 개념

• V결선: 3상 변압기 2대를 V자 형태로 연결하여 3상 부하에 공급하는 방식입니다. 주로 예비용 변압기로 사용되며, 한 대가 고장 나더라도 나머지 한 대로 일부 부하를 공급할 수 있습니다.
• 3대 결선: 3상 변압기 3대를 별도로 연결하여 3상 부하에 공급하는 방식입니다. 일반적으로 가장 많이 사용되는 결선 방식이며, 각 변압기가 균등하게 부하를 분담합니다.

V결선에서 3대 결선으로 변형 시 부하 분담 변화

V결선에서 3대 결선으로 변형하는 경우, 다음과 같은 변화가 발생합니다.

• 부하 분담의 균일화: V결선에서는 두 대의 변압기가 부하를 분담하기 때문에 부하 분담이 균일하지 않을 수 있습니다. 하지만 3대 결선으로 변형하면 세 대의 변압기가 각각 1/3의 부하를 균등하게 분담하게 되어 부하 분담이 훨씬 균일해집니다.
• 시스템 안정성 향상: V결선에서는 한 대의 변압기 고장 시 시스템 전체에 영향을 미칠 수 있지만, 3대 결선에서는 한 대의 변압기 고장에도 다른 두 대의 변압기가 부하를 분담하여 시스템의 안정성이 향상됩니다.
• 효율 증가: 부하 분담이 균일해지면서 각 변압기는 정격 용량에 가까운 부하를 담당하게 되므로, 변압기의 효율이 증가합니다.
• 운전의 유연성 증가: 3대 결선은 부하 변동에 유연하게 대처할 수 있으며, 필요에 따라 각 변압기의 용량을 조절하여 시스템 운전을 최적화할 수 있습니다.

부하 분담에 영향을 미치는 요소

• 변압기의 임피던스: 각 변압기의 임피던스가 다르면 부하 분담이 불균일해질 수 있습니다.
• 결선 방식: Y결선, Δ결선 등 결선 방식에 따라 부하 분담이 달라질 수 있습니다.
• 부하의 성질: 선형 부하와 비선형 부하에 따라 부하 분담이 다르게 나타날 수 있습니다.
• 계통의 조건: 전압 불균형, 주파수 변동 등 계통 조건에 따라 부하 분담이 영향을 받을 수 있습니다.

부하 분담을 위한 고려 사항

정기적인 점검: 변압기의 상태를 정기적으로 점검하여 이상 유무를 확인하고, 필요한 경우 조치를 취해야 합니다.

변압기의 용량: 각 변압기의 용량을 고려하여 부하를 균등하게 분담해야 합니다.

임피던스 보정: 각 변압기의 임피던스를 조정하여 부하 분담을 균일하게 할 수 있습니다.

보호 계전기 설정: 각 변압기에 적절한 보호 계전기를 설정하여 과부하, 지락 등의 이상 상황에 대비해야 합니다.

Δ-Δ 결선을 V-V결선으로 변환시

1. 이용률 감소:
   • V-V 결선은 Δ-Δ 결선에 비해 이용률이 낮아집니다. Δ-Δ 결선에서는 3개의 변압기가 균등하게 부하를 분담하지만, V-V 결선에서는 2개의 변압기만으로 부하를 감당해야 하기 때문입니다. 일반적으로 V-V 결선의 이용률은 Δ-Δ 결선의 약 57.7% 정도입니다.
2. 출력 감소:
   • 이용률이 감소함에 따라 시스템의 총 출력도 감소합니다. 이는 시스템의 용량이 줄어들어 일부 부하를 차단하거나, 변압기의 과부하를 유발할 수 있습니다.
3. 각 상 전압 변동률 증가:
   • V-V 결선에서는 부하 변동에 따른 전압 변동이 더 크게 발생합니다. 이는 시스템의 안정성을 저해하고, 부하에 따라 전압 불균형이 발생할 수 있습니다.
4. 역률 변화:
   • 부하의 종류와 연결 방식에 따라 역률이 변화할 수 있습니다. 일반적으로 V-V 결선에서는 역률이 다소 저하될 수 있습니다.
5. 유도 전동기에 미치는 영향:

전압 불균형으로인한 유도 전동기의 수명을 단축

각상의 전압강하가 다르기 때문에 유도전동기에는 불평형 3상 전압이 가해진다

정상전류 이외에 역상 및 영상전류가 흐른다

역상전류는 역방향 토크를 발생시킨다

영상전류는 전동기 온도를 상승시킨다

Y-지그재그 결선

• 특징:
  • 각 상의 권선을 두 개의 동일한 권선으로 나누어 연결한 후, 두 권선의 시작점과 끝점을 서로 반대로 연결하여 결선합니다.
  • 제3고조파 전류는 지그재그 연결된 권선 내에서 순환하며, 부하측으로 유출되지 않습니다.
• 제3고조파 유출:
  • 제3고조파 전류가 부하측으로 유출되지 않아 고조파 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다.
• 장점:
  • 고조파 감소 효과가 탁월하여 계통의 품질을 향상시킵니다.
  • 중성점 접지 시 접지 고장 전류를 제한하는 효과가 있습니다.
• 단점:
  • 권선 수가 많아 제작 비용이 증가합니다.
  • 권선 간 절연이 복잡하여 설계가 어렵습니다.

∆ 결선

• 특징:
  • 각 상의 권선을 직렬로 연결하여 삼각형 형태로 결선합니다.
  • 제3고조파 전류는 권선 내에서 순환하며, 부하측으로 유출될 수 있습니다.
• 제3고조파 유출:
  • Y-지그재그 결선에 비해 제3고조파가 부하측으로 유출될 가능성이 높습니다.
• 장점:
  • 권선 수가 적어 제작이 간단하고 비용이 저렴합니다.
  • 중성점이 없어 접지 고장에 대한 고려가 필요 없습니다.
• 단점:
  • 제3고조파가 부하측으로 유출되어 계통의 품질을 저하시킬 수 있습니다.

비교

결론

Y-지그재그 결선은 제3고조파를 효과적으로 제거하여 계통의 품질을 향상시키는 데 유리하지만, 제작 비용이 높고 설계가 복잡합니다. 반면, ∆ 결선은 제작이 간단하고 비용이 저렴하지만, 제3고조파가 부하측으로 유출될 가능성이 있어 고조파 문제를 유발할 수 있습니다.

따라서, 변압기 2차측 결선 방식은 시스템의 특성, 고조파 허용 기준, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 결정해야 합니다.