변압기 결선과 효율

3상 변압기 결선

(1)△-△결선법: 선간 전압과 상전압의 크기가 같다. 선전류는 상전류에 비해 크기가 √3배이다.

-장점: 제3고조파 전류가 △ 결선 내를 순환하므로 정현파 교류 전압을 유기하여 기전력의 파형이 왜곡되지 않는다. 1상분이 고장나면 나머지 2대로 V결선 운전이 가능하다. 각 변압기의 상전류가 선전류의 1/√3이 되어 대전류에 적합하다.

-단점: 중성점을 접지할 수 없으므로 지락 사고의 검출이 곤란하다. 권수비가 다른 변압기를 결선하면 순환 전류가 흐른다. 각상의 임피던스가 다른 경우, 3상 부하가 평형이 되어도 변압기의 부하전류는 불평형이 된다.

(2)Y-Y결선법: 선간 전압은 상전압에 비해 크기가 √3배이다. 선전류와 상전류의 크기가 같다.

-장점: 1차 전압, 2차 전압 사이에 위상차가 없다. 1차 2차 모두 중성점을 접지할 수 있으며, 고압의 경우 이상 전압을 감소시킬 수 이다. 상전압이 선간 전압의 1/√3이므로 절연이 용이하여 고전압에 유리하다.

-단점: 제3고조파 전류의 통로가 없으므로 기전력의 파형이 제3고조파를 포함한 왜형파가 된다. 중성점을 접지하면 제3고조파 전류가 흘러 통신선에 유도장해를 일으킨다. 부하의 불평형에 의하여 중성점 전위가 변동하여 3상 전압의 불평형을 일으킨다.

(3)Y-△ 또는 △-Y 결선법

-장점: 한 쪽 Y 결선의 중성점을 접지할 수 있다. Y결선의 상전압은 선간 전압의 1/√3이므로 절연이 용이하다. 1, 2차 중에 △결선이 있어 제3고조파의 장해가 적다. Y-△ 결선은 강압용으로, △-Y 결선은 승압용으로 사용할 수 있어 계통에 융통성 있게 사용된다.

-단점: 1, 2차 선간 전압 사이에 30도의 위상차가 있다. 1상에 고장이 생기면 전원 공급이 불가능해진다. 중성점 접지로 인한 유도 장해를 초래한다.



특수한 변압기 결선

(1)V-V 결선법

△-△ 결선의 출력-1대당 변압기 용량이 P인 단상 변압기 3대를 △-△ 결선하여 운전 시 출력은 3P이다.

V-V 결선의 출력-V결선은 그림과 같이 선간 전압과 상전압이 √3배의 차이가 나므로 이때의 3상 출력은 √3P 이다.

장점- △-△결선에서 1대의 변압기 고장 시 나머지 변압기 2대로 3상 부하에 전력을 공급할 수 있다. 설치 방법이 간단하고 소용량이며 가격이 저렴하다.
단점-설비의 이용률이 86.6[%]로 저하된다. △결선에 비해 출력이 57.7[%]로 저하된다.

(2) 3권선 변압기

3권선 변압기는 1, 2차 권선에 3차 권선을 설치한 변압기로 권수비에 따라 1조의 변압기로 두 종류의 전압과 용량을 얻을 수 있다. 송배전에 적용되고 있는 Y-Y-△ 결선 방식은 Y-Y 결선의 장점에 △-△ 결선의 장점을 이용한 것으로 3상 결선에서 가장 많이 사용되는 결선 방식이다. 

특징-제 3고조파를 권선 내에서 순환시키기 위해 △ 결선을 가지고 있다. 2차 권선에 유도성 부하가 있는 경우 3차 권선에 진상용 콘덴서를 설치하면 1차 회로의 역률을 개선할 수 있다.

3권선 변압기의 주된 용도-3차 측의 △결선을 외부로 인출하여 소내 전원과 조상 설비에 접속하여 사용, 3차 측의 단자를 외부로 인출하여 폐회로를 이루어 외함에 접지하거나, 내부에서 폐회로를 이루어 외함에 접지하는 안정 권선으로 이용, 권수비에 따라 1조의 변압기로 두종류의 전압과 용량이 필요한 곳, 설치 장소가 좁아 변압기 2대를 설치하지 못하는 경우로 두 종류의 전원이 필요한 곳



(3) 단권 변압기: 변압기의 1차 권선과 2차 권선의 일부를 공통 권선으로 한 변압기

단권 변압기의 용도-배전 선로의 승압 및 강압용 변압기, 동기 전동기와 유도 전동기의 기동 보상기용 변압기, 실험실용 소용량의 슬라이닥스

단권 변압기의 장점-동량이 감소된다. 크기와 중량이 작고 조립 및 수송이 용이하다. 번압기의 동손이 줄어 변압기 효율이 증대된다. 작은 용량의 변압기로 큰 용량의 부하를 적용할 수 있다. 분로 권선에 누설 자속이 거의 없다.

단권 변압기의 단점-저압 측도 고압 측과 같은 수준의 절연이 요구된다. 단락 전류가 크다. 변압기 중성점에 피뢰기 설치가 필요하다.



변압기 운전

(1) 단상 변압기 병렬 운전의 조건

-각 변압기의 극성이 같을 것: 극성이 같지 않을 경우, 2차 권선에 큰 순환 전류가 흘러 권선을 소손시킨다.

-각 변압기의 권수비 및 1차, 2차 정격 전압이 같을 것: 2차 기전력의 크기가 다르면 순환 전류가 흘러 권선을 과열시킨다.

-각 변압기의 %임피던스비 강하가 같을것: %임피던스 강하가 다르면 부하 분담이 각 변압기의 용량의 비가 되지 않아 부하 분담의 균형을 이룰 수 없다.

-각 변압기의 저항과 누설 리액턴스 비가 같을 것: 변압기 간의 저항과 누설 리액턴스 비가 다르면 각 변압기의 전류 간에 위상차가 생겨 동손이 증가한다.

(2) 3상 변압기 병렬 운전의 조건: 단상 변압기의 병렬 운전 조건 이외에도 다음의 조건들을 만족해야 한다.

-상회전 방향이 같을 것: 상회전 방향이 다르면 변압기 간에 단락 상태가 되어 변압기를 소손시킨다.
-위상 변위가 같을 것: 위상 변위가 다르면 위상차에 따른 내부 순환 전류로 인해 변압기 권선이 과열된다.

변압기의 효율
(1) 실측 효율: 변압기의 입력과 출력의 실측값으로부터 계산해서 효율을 계산하는 것.
(2) 규약 효율: 일정한 규약에 따라 결정한 손실값을 기준으로 계산해서 효율을 계산하는 것. 실측 효육에서 변압기의 경우 입력을 측정하기에는 번거롭지만 출력은 알기 쉬우므로 규약 효율을 많이 사용한다.