Re:퍼센트임피던스, 송전전력과 송전전압의관계

1.퍼센트 임피던스 변압기의 한상(저압측)을 단락시키고 다른상(고압측)에 전압을 인가하여 전압을 조금씩 올려서 단락권선에 정격전류가 흐를 때, 다른상(고압측)에 인가된 전압을 임피던스전압이라고 하고 그 임피던스 전압을 변압기의 정격전압으로 나눈 백분율이 변압기의 %임피던스가 됩니다. <img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/99FA1D375E68FFFB1E" class="txc-image" width="756" style="clear: none; float: none;" border="0" vspace="1" hspace="1" actualwidth="756" exif="{}" data-filename="i143_i1.jpg" id="A_99FA1D375E68FFFB1E08FB"/> 이 때 변압기의 전부하 손실과 같은 전력소모가 일어납니다. 지난번 200회 전기안전기술사 시험에 변압기임피던스 전압의 개념을 설명하는 문제가 출제되었습니다. 전기기사 공부시 시간이 좀 걸려도 원리를 이해하는 형태로 하면 기술사 공부에 필요한 견고한 바탕을 형성할 수 있습니다!. %임피던스의 개념은 이렇게 생각하면 이해하기 쉽습니다. 약 100m길이의 수도배관이 있습니다. 수도배관 내부에 일정압력의 수압이 걸린 상태에서 시간당 100L의 물이 흐른다고 가정합니다. 일정수압(전압)에서 물을 시간당 100L(전류)로 제한하는 것은 수도관 내부와 물과의 마찰력(임피던스)입니다. 이 상태에서 수도관 70M를 잘라내면(단락,합선) 어떻게 될까요? 수도관 전체의 마찰력이 당초의 30%로 줄겠지요! 그러면 같은 수압에서 30M의 배관에 시간당 얼마의 물이 흐를까요? 100L*100/30 = 333.33L 가 되겠지요. 이것이 바로 %임피던스의 물리적 개념입니다! 이 원리를 이해한다면 조금 더 깊이 들어가서 변압기의 1차측과 2차측의 %임피던스가 동일하다는 것도 이해할 수 있을 것입니다(간단한 수식전개로 증명되며 기술사 면접에서 가끔 묻는 간단하지만 수준이 높은(?!) 질문입니다. 아래에 기술사 문제에서 원리를 설명한 형태의 답안을 첨부합니다. 기술사 시험에서는 원리를 설명하는 답안이 고득점을 얻습니다) 변압기의 %임피던스는 변압기 철심의 재질,구조, 권선의 굵기, 형태 등에서 결정됩니다. 변압기 자체의 철손과 동손이 변압기의 %임피던스 인자가 되기 때문입니다. %임피던스를 낮추려면 변압기 제작비용이 높고, %임피던스가 너무 낮으면 2차측 단락사고시 단락전류 제한기능이 약해지기 때문에 변압기의 종류와 용도에 따라 적정한 표준값을 적용하여 생산하고 있습니다. 변압기 명판에 %Z 값이 명기됩니다 변압기 '%Z1=%Z2' 증명 수식은 전자기학을 바탕으로 만들어진 변압기의 기본식인 변압비 수식을 사용해서 가능합니다. 전기공부시 전기기기나 전력공학 회로이론 전기응용... 등 모든 과목의 기초는 전자기학입니다. 전자기학은 수학을 공부할 때 자연수 실수 무리수...와 그 수들을 이용한 사칙연산의 방법과 같은 것으로 전자기학을 원리적으로 이해한다면 모든 공부가 매우 쉬워집니다.  전자기학의 근원원리를 자세하게 차분히 들여다보면 어느순간 문득 전자기학의 위대한 가치와 전기의 움직임을 감각적으로 볼 수 있는 눈이 뜨입니다! <img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/99DD8A365E69010C2A" class="txc-image" width="746" style="clear: none; float: none;" border="0" vspace="1" hspace="1" actualwidth="746" exif="{}" data-filename="변압기 %임피던스01.jpg" id="A_99DD8A365E69010C2A1E12"/> <img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/99AD2A3B5E6901200C" class="txc-image" width="735" style="clear: none; float: none;" border="0" vspace="1" hspace="1" actualwidth="735" exif="{}" data-filename="변압기 %임피던스02.jpg" id="A_99AD2A3B5E6901200CE3A9"/> 2.송전전력과 송전전압과의 관계 동일한 선로를 사용한다는 것은 동일재질 동일굵기의 전선을 사용한다는 것이지요그래서 선로의 저항값이 동일하다는 의미입니다. 저항값이 동일할 때 전력을 어떻게 나타낼 수 있나요?P=VI = (IR)I = I^2R = V(V/R) =V^2/R [W]문제에서 전압을 다르게 한다는 조건이었지요그러니 P = V^2/R[W]식을 사용합니다.전압이 2배가 되면 전력은 2^2 = 4, 전압의 제곱에 비례합니다. 그래서 송전전력은 4배가 되겠지요  이것이 송전전압을 높이는 이유입니다.송전선로의 굵기를 크게하면 송전철탑의 크기와 강도가 기하급수적으로 커져야합니다.그래서 송전선로의 굵기를 최소화한 상태에서 송전전압을 154KV, 345KV, 765KV로 높이는 것입니다.동일 굵기의 전선(동일선로저항)에서 송전전력이 전압의 제곱에 비례하니 동일선로에서 많은 전력을 송전할 수있기 때문입니다.대신 변압기나 선로애자나 지지애자의 절연강도가 아주 높아져야겠지요... 여기서 조금 더 생각해보면 송전선로에도 %임피던스가 있을 것이라고 생각할 수 있겠지요?있습니다!송전선로의 %임피던스는 물을 공급하는 배관의 굵기에 따른 내부 마찰력이라고 생각하면 이해가 쉽습니다.배관의 굵기가 굵어지면 내부마찰력이 작아 동일압력으로 단위 시간당 공급할 수 있는 물의 양이 많아지겠지요바로 송전선로의 저항을 낮추는 것과 같은 일입니다. 그러면 배관의 굵기가 같은 상태(내부 마찰력 동일 상태)에서 단위 시간당 공급할 수 있는 물의 양을 늘릴려면 어떻게 해야 할까요? 물의 압력을 높이면 되겠지요...송전전압을 높이는 것과 같은 일입니다. 그것이 송전선로의 전압을 승압하는 이유입니다.우리 나라에서 송전전압을 높이고, 가정용 전압을 110v에서 220v로 승압한 이유입니다.  행운과 행복을 빕니다!