변압기 결선 방식 - byeon-abgi gyeolseon bangsig

일반 수요가의 배전용으로 단상, 3상, 스콧 등의 각종 결선 변압기가 사용되고 있으며 이외에 결선, 단자 인출 등을 고안한 특수 결선 변압기도 각종 용도로 사용되고 있다.

여기서는 고압 수전의 일반 수요가에서 널리 사용되고 있는 압기의 결선에 대해 간단하게 소개한 후 다양한 특수 결선 변압기의 개요와 사용법, 사용상의 주의점을 소개한다.

단상 변압기

주로 전등 부하에 전력을 공급하는 단상 변압기에는 표 1과 같은 결선이 있다. 1차 측이 6.6kV인 고압 변압기는 JIS 규격에 기초해서 제작되는 것이 많으며, 그 가운데 가장 일반적인 결선은 단상 3선 전용식(이하 단3 전용)이다.

▲ 표 1. 단상 변압기의 결선

1차 측이 400V급 정도인 저압용 변압기 가운데 비교적 용량이 작은 변압기(미쓰비시전기의 경우 50kVA 이하)에는 외부의 결선을 변경함으로써 단상 2선식에도 단상 3선식에도 대응할 수 있는 공용 방식(이하 단2상 3공용)을 사용하기도 한다.

단상 변압기를 3상 전원에 접속하는 경우의 불평형 한도는 고압 수전설비 규정 등에 정해져 있으며 각 선 간에 접속되는 단상 변압기 용량의 최대와 최소 차이를 100kVA 이하로 해서 설비불평형률은 30% 이하가 되도록 사용한다.

3상 변압기

주로 전력 부하에 전력을 공급하는 3상 변압기에는 1차 측, 2차 측에 성형(星形) 결선(이하 Y결선. 1차 측은 Y, 2차 측은 y라고 표기)과 델타 결선(이하 △결선. 1차 측은 D, 2차 측은 d라고 표기) 중 하나를 채용하며 표 2와 같은 결선이 있다.

▲ 표 2. 3상 변압기의 결선

전기설비 기술 기준과 그 해석에서는, 원칙적으로 고압 변압기 2차 측 전로의 중성점을 접지하거나 사용 전압이 300V 이하에서 중성점의 접지가 어려운 경우는 전로의 한쪽 끝을 접지해야 한다. 2차 측 전로를 보안상의 이유로 비접지로 해야 할 경우 결선의 종류에 상관없이 1차, 2차 권선 간에 혼촉 방지판을 둔 압기를 사용, 혼촉 방지판을 접지한다.

스콧 결선 변압기

배전용으로는, 주로 3상 발전기에서 2회로의 비상용 전등 부하에 전력을 공급하는 경우에 사용되며 그림 1과 같은 결선이다. 이 변압기는 그림에서와 같이 주좌(또는 M좌), T좌라고 불리는 2대의 단상 변압기로 구성하지만, 철심 배치를 달리 해서 배전용에서는 외관상 1대로 구성하는 경우가 많다.

▲ 그림 1. 스콧 결선 변압기

주좌, T좌의 부하는 별도로 취하지만, 크기가 같을 때는 그림2의 벡터도와 같이 1차 측에서 크기와 위상이 정리된 3상 교류를 유입하고 3상에서 위상이 90˚ 다른 단상 2회로에 전력 변환을 수행하기 때문에 3상/2상 변압기라고 불리기도 한다.

2차 측은 비교적 소용량에서는 단2단3 공용 결선(미쓰비시전기의 경우 50kVA 이하), 이것을 초과하는 용량에는 단3 결선으로 한 것이 많다.

▲ 그림 2. 스콧 결선 변압기 전류 벡터도

스콧 결선 변압기의 공칭용량을 P[kVA], 정격전압은 간단하기 때문에 1차, 2차 모두E[kV]로 하면 주좌, T좌의 용량과 2 차측 전류는

가 된다. 2차 측 전류에 대응하는 1차 측의 전류로서 T좌 측에는 1차 측의 권선전압이,

이기 때문에 전압의 역비가 되는,

가 흐른다. 주좌 측의 1차 측에는 2차 측 전류에 대응하는,

와, T좌의 V단자로부터 유입한 전류가 U, W 단자로부터 절반씩 유출하는 분이 동시에 흐르며, 크기는 그림 2에서와 같이,

가 된다. 결국 주좌, T좌 모두 3상 P[kVA] 상당의 전류가 흐르며 2차 측이 평형해 있으면 1차 측도 평형한다.

2차 측 단상 2회로의 부하가 불평형인 경우 1차 측의 전류도 불평형이 되며 전원이 비상용 등의 3상 발전기일 때는 악영향을 미칠 가능성이 있으므로 특히 주의해야 한다.

단상변압기에서 동력부하에 전력을 공급하는 결선

그림 3에서와 같이 3대의 단상 변압기를 외부에서 결선으로 하거나, 그림 4에서와 같이 2대의 단상 변압기를 외부에서 V결선으로 해서 전력 부하에 전력을 공급하는 방법이 있다.

▲ 그림 3. 단상 변압기의 △결선(이용률 100%)

▲ 그림 4. 단상 변압기의 V결선(이용률 87%)

단상 변압기의 정격용량을 P [kVA], 정력전압을 E [kV], 정격전류를I [A]로 하면 결선의 경우 부하 측에

의 부하를 취할 수 있다.

V결선의 경우, 부하 측에 흐를 수 있는 전류는 정격전류와 같은 I[A]까지이며 용량으로는,

의  부하를 취할 수 있다. 부하로서 취할 수 있는 용량과 변압기 용량비를 이용률이라고 하는데, 결선의 이용률은 100%인데반해 V결선의 이용률은

V결선은 결선 중의 1대를 운전 정지하는 긴급 시의 대응 외에 장래에 동력 부하의 증가가 전망되는 경우의 조치 혹은 결선에 서 운전하던 설비의 부하가 적어져 부하손의 증가를 고려해도 무부하손을 3대분에서 2대분으로 하는 것이 에너지 절약되는 경우에 사용된다.

등동(燈動) 공용 결선 변압기

보통 전등부하에는 단상, 동력부하에는 3상의 변압기를 이용하지만, 양방의 부하가 있고 설치 공간에도 제약이 있는 경우에는 표 3에서 나타낸 각종 등동 공용 결선 변압기를 사용할 수 있다. 표에 있는 부하의 취하는 방법 등에 기초하여 방식과 용량을 선정하면 된다.

▲ 표 3. 전동 공용 결선 변압기(선의 굵기는 권선의 통상 용량을 나타낸다. ○는 단자를 나타낸다)

표의 부하 한도 예에서 알 수 있듯이 1상의 권선을 강화한 3상 4선식 변압기는 동력부하가 주이며 전등부하가 종인 경우에 편리하며 3상 7선식 변압기는 3회로로 나눈 전등부하가 주이며 동력부하가 종인 경우에 편리하다.

일반 단3 변압기 2대에 의한 이용량 V결선은 용량을 조합하는 것에 따라 다양한 방법이 있다. 다만 동력부하의 전력을 공급하는(동 용량) V결선 부분에서의 변압기 이용률 측면에서 말하면 전등부하가 주이며 동력부하가 종인 경우에 유리하다.

1차 측이 고압인 경우 전등부하를 취하는 용량이 큰 쪽의 중성1개소를 접지한다(양쪽의 중점을 접지해서는 안 된다).

이중 전압정격 변압기, 전등부하용 3상 변압기

이중 전압정격 변압기는 2종류의 정격전압의 동력부하가 혼재하는 경우에 1대로 전력을 공급할 수 있는 것이며, 전등부하용 3상 변압기를 포함해표 4와 같은 것이 있다.

▲ 표 4. 이중 전압정격 변압기, 전등부하용 3상 변압기

이중 전압정격 변압기, 특히 고압 수전의 경우 2차 측 전로의 접지와 전로의 대지전압을 고려하여 3상7선식이나 3상6선식 중 하나를 선택한다.

표에 부하 한도의 예를 나타냈는데, 변압기의 공칭용량을 100%로 해서 중간의 3단자에서 인출하는 측의 용량은 외측 단자와 중간 단자의 전압비로 정해지며 일반적으로 50% 정도가 되어 외측 단자의 부하가 주이며 중간 전압의 부하가 조금 필요한 경우에 유리하다.

전등부하용 3상 변압기는 일반적으로 전등 부하에는 단상 변압기를 적용하지만 회로 수가 많은 경우에 설치 대수를 줄이거나 스콧 결선 변압기와 마찬가지로 비상용 발전기를 전원으로 하는 경우에 사용한다.

이상으로 배전용으로 사용되는 기본적인 변압기의 결선 개요와 다양한 특수 결선 변압기 등을 설명했다.

특수 결선 변압기의 적용은 변압기의 설치 대수를 줄일 수 있으며 또한 변압기 2대의 무부하손을 1대분으로 집약할 수 있어 에너지 절약이 가능한 것이 이점이다.

반면 한쪽의 부하변동에 의한 전압변동이 다른 한쪽의 부하에도 영향을 미칠 우려가 있으며 또한 어느 한쪽의 부하가 커져서 용량 증가가 필요한 경우에 전체를 갱신할 필요가 있는 등 해결해야 할 문제도 있다. 특수 결선 변압기는 이것들을 감안하는 동시에 고압 측, 저압 측 설비와 보호 협조를 종합적으로 검토해서 채부 여부를 결정해야 한다.

이시이 코이치(石井孝一)
미쓰비시전기 기기영업 제1부 配制엔지니어링 팀

本記事는 日本OHM社가 發行하는`電氣と工事a誌와의 著作權協約에 依據하여 提供받은 資料입니다.