변압기(결선V)
변압기 결선의 종류와 특징
V-V결선
역V결선, 스코트결선
변압기 병렬운전 및 통합운전
변압기 탭 조정방법
변압기 단락강도 시험방법과 시험전류
변압기 부분방전시험
변압기의 무부하시험과 단락시험
상용과 발전기 병렬운전 시 조건
변압기 발주시 검토사항 및 시험
목차(변압기 병렬운전)
변압기 병렬운전 및 통합운전
1️⃣변압기의 병렬운전 목적
- 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.
2️⃣병렬운전 조건
☑️권임극위
1)1차, 2차 정격전압(권수비) 일치
- 전압차 Tab에 의해 무효 순환전류가 흐른다
- 다를 경우 과대한 순환전류에 의하여 출력이 감소하며 변압기가 소손될수 있다
2)%임피던스 유사
(각 변압기의 임피던스 전압이 같으며 저항과 리액턴스 일치)
- 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
3)각변압기의 극성일치(단상), 상회전 방향일치(3상)
극성이나 상회전이 상이하면 등가적으로 단락 상태가 되며 각변위가 다르면 과대전류가 흐르게 되어 과열로 위험하다
- 순환 전류 : 각 변압기의 위상이 다르면 순환 전류가 발생하여 변압기의 손실이 증가하고, 과열될 수 있습니다.
- 전압 불균형 : 위상 차이로 인해 전압 불균형이 발생하여 시스템의 안정성을 저해할 수 있습니다.
- 효율 저하 : 순환 전류로 인해 효율이 저하될 수 있습니다.
4)각 변압기의 위상일치
- 위상이 다를 경우 위상차에 의해 전압차 Eab가 발생하고 이 전압차에 의해 유효순환전류가 흐른다
4)용량이 다른 변압기 병렬운전은 가급적 하지 말아야 하며 운전시 정격 용량비는1:3이내
3️⃣병렬운전이 적합하지 않은 경우
- 부하의 합계가 변압기 정격용량보다 큰 경우
- 병렬운전 중 어느 변압기의 무부하 순환전류가 정격전류의 10%를 초과하는 경우
- 순환전류와 부하전류치의 합이 정격부하의 110%를 넘는 경우
4️⃣병렬운전이 가능한 결선 및 불가능한 결선
- 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.
5️⃣임피던스가 다른 변압기의 병렬운전
- 임피던스가 다른 2대 변압기의 부하분담2대의 변압기 T₁, T₂의 임피던스를 각각 Z₁, Z₂라 하고 전부하를 P라고 하면 변압기 각각에 걸리는 부하분담은 다음과 같다
\[P_{T1}=\frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\times P, P_{T_2}=\frac{Z_1}{Z_1+Z_2}\times P\]
- 용량과 %Z가 다른 여러 대의 변압기를 병렬로 운전하는경우
- 정격용략과 %임피던스가 서로 다른 변압기를 여러 대 병렬운전할 때 걸 수 있는 합성최대 부하는 각 변압기 용량의 합계가 되지 않는다
- 예를 들어 A, B, C 3대 변압기의 용량이Pa, Pb, Pc이고, 그 각각의 자기용량 기준 임피던스가 Za, Zb, Zc 인 경우에 합성최대전력은 다음과 같다
- Za가 가장 작은경우
\[P_{max}\le Z_a(\frac{P_a}{Z_a}+\frac{P_b}{Z_b}+\frac{P_c}{Z_c})\]
- Zb가 가장 작은경우
\[P_{max}\le Z_b(\frac{P_a}{Z_a}+\frac{P_b}{Z_b}+\frac{P_c}{Z_c})\]
- Zc가 가장 작은경우
\[P_{max}\le Z_c(\frac{P_a}{Z_a}+\frac{P_b}{Z_b}+\frac{P_c}{Z_c})\]
변압기 대수가 4,5,…,N개인 경우도 같은요령으로 계산할수있다
- 따라서 임피던스 전압강하와 용량이 각기 다른 다수의 변압기를 병렬운전하고자 할 때 걸 수 있는 최대적역을 Pm이라고 하면Pm은 각변압기 개개의 정격용량의 합계보다 작아진다. 즉,
\[P_m\lt P_a+P_b+P_c\]
가 되므로 위의 식에 의해서 걸 수 있는 합성 최대 전력을 계산해서 합성용량을 산정해야 할 것이다.
6️⃣변압기의 통합운전
1)목적
- 변압기의 통합운전은 변압기를 효율적으로 운전하여 변압기의 손실을 절감하기 위한 운전방식
- 변압기의 병렬운전 대수가 최소가 되도록 필요시 변압기를 정지하여 운전하는 것을 말한다
2)변압기의 통합운전 조건
- 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.
3)통합운전 시스템 구성
- 변압기: 다수의 변압기
- 보호계전기: 각 변압기의 보호 및 제어
- SCADA 시스템: 시스템 전체 감시 및 제어
- 통신 시스템: 각 구성 요소 간의 통신
4)통합운전의 장점
- 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.
- 미래 에너지 시스템과의 연동: 신재생에너지, 에너지 저장 시스템 등과의 연동을 통해 미래 에너지 시스템 구축에 기여할 수 있습니다.
5)변압기 손실의 최소화를 위한 부하조건과 변압기 대수
- 변압기 n대의 병렬 임피던스 Zn[%/kVA]
\[Zn=\frac{1}{\frac{P_1}{\%Z_1}+\frac{P_2}{\%Z_2}+…+\frac{P_n}{\%Z_n}}\]
- 변압기 n 대 운전 시의 전력손실(Wn)은 다음과 같다.
\[W_n=\sum^{n}{n=1}[P{in}+P_{cn}(\frac{Z_n}{\%Z_{1n}}\times P)^2]\]
- 변압기 n-1대 운전 시의 전력손실의 식은 다음과 같다
\[W_{n-1}=\sum^{n-1}{n=1}[P{in}+P_{cn}(\frac{Z_{n-1}}{\%Z_{1n}}\times P)^2]\]
- 상기 식에서와 같이 변압기 n대를 운전하는것보다 운전 중에서 임의의 1대를 정지하여(n-1)대로 운전시 전력손실이 적어지는 조건은 Wn>Wn-1이다
\[\sum^n_{n=1}[P_{in}+P_{cn}(\frac{Z_n}{\%Z_{1n}}\times P)^2]\]\[\gt\sum^{n-1}{n=1}[P{in}+P_{cn}(\frac{Z_{n-1}}{\%Z_{1n}}\times P)^2]\]
7️⃣병렬 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.
변압기(결선V)
변압기 결선의 종류와 특징
V-V결선
역V결선, 스코트결선
변압기 병렬운전 및 통합운전
변압기 탭 조정방법
변압기 단락강도 시험방법과 시험전류
변압기 부분방전시험
변압기의 무부하시험과 단락시험
상용과 발전기 병렬운전 시 조건
변압기 발주시 검토사항 및 시험
목차(변압기 병렬운전)
변압기 병렬운전 및 통합운전
💯기출문제
●D18변압기 병렬운전 및 통합운전에 대해 설명하시오
●D21변압기의 병렬운전 시 서로다른 임피던스의 경우 계산 예를 들어 설명하시오
모범답안 (발전기 병렬운전 임피던스)
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:
- 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%)
- 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)
- 병렬 회로의 합성 임피던스는 다음과 같이 계산됩니다.
- 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)
- 각 변압기를 통해 흐르는 전류는 다음과 같이 계산됩니다.
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.
●22.3상변압기의 병렬운전 시 고려사항에 대하여 설명하시오 ❯V20
○23.변압기의 병렬운전 조건 및 그 이유에 대하여 설명하시오 ❯V20
○24변압기 병렬운전 조건에서 단상과 3상의 차이점에 대하여 설명하시오. ❯V20
●D25.3상 변압기의 병렬운전조건을 제시하고, 병렬운전이 가능한 각 결성방법의 각 변위(위상각 변위)가 동일함을 설명하시오 ❯V20
●26.3상 변압기의 병렬운전 조건을 제시하고 병렬운전 가능 결선과 각변위가 맞지 않을 경우의 현상 ❯V25
●D27변압기 병렬운전 및 붕괴현상
●D28변압기 병렬운전을 하고자 한다. 다음 결선에 병렬운전기능, 불가능을 판단하고, 이 이유를 설명하시오 ❯V25
- ∆-Y 와 ∆-Y
- ∆-Y 와 Y-Y
●D29저항과 누설 리액턴스의 값이 0.01+j0.036[Ω]인 1000[kVA]단상변압기와 저항과 누설 리액턴스의 값이 0.012+0.036[Ω]인 500[kVA]단상변압기가 병렬운전한다. 부하가 1500[kVA]일 때 각 변압기의 부하분담 값을 구하시오(단, 지상역률은 0.8 이고 2차측 전압은 같아고 가정한다)
모범답안(병렬운전 분담)
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:
- 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)
- 총 임피던스 계산:
- 두 변압기의 임피던스를 병렬 연결한 것과 같이 계산합니다. (1/Z_총 = 1/Z1 + 1/Z2)
- 상 전압 계산:
- 상당 전력, 유효 전력, 역률을 이용하여 상 전압을 계산합니다.
- 선로 전류 계산:
- 상 전압과 유효 전력, 역률을 이용하여 선로 전류를 계산합니다.
- 총 임피던스에서의 전압 강하 계산:
- 선로 전류와 총 임피던스를 곱하여 전압 강하를 계산합니다.
- 각 변압기 단자 전압 계산:
- 총 전압에서 각 변압기를 통과하는 전압 강하의 절반을 더하거나 빼서 각 변압기 단자 전압을 구합니다.
- 각 변압기를 흐르는 전류 계산:
- 각 변압기 단자 전압과 각 변압기 임피던스를 이용하여 각 변압기를 흐르는 전류를 계산합니다.
- 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.
●D34.3상 변압기 병렬운전을 하고자 한다. 다음 결선에 대하여 병렬운전의 가능 불가능을 판단하고 그이유를 설명하시오 ❯V25
- Δ-Y 와 Y-Δ
- Δ-Y 와 Y-Y
변압기(결선V)
변압기 결선의 종류와 특징
V-V결선
역V결선, 스코트결선
변압기 병렬운전 및 통합운전
변압기 탭 조정방법
변압기 단락강도 시험방법과 시험전류
변압기 부분방전시험
변압기의 무부하시험과 단락시험
상용과 발전기 병렬운전 시 조건
변압기 발주시 검토사항 및 시험
목차(변압기 병렬운전)
변압기 병렬운전 및 통합운전
🌐V1105M24
답글 남기기