변압기와 변류기의 극성이 의미하는 물리적 개념

[럭키미르]

변류기와 변압기는 전력변환장치로 동일한 원리가 적용되는 기기입니다.

'전기에너지 = 자기에너지 = 반발자기 에너지 = 전기에너지'를 이용한 에너지 변환장치

'19세기말 미국에서 교류송전과 직류송전이 서로 헤게모니를 잡으려는 전기전쟁이 있었습니다

(작년에 전류전쟁(The Current War)이라는 제목의 영화로 국내에도 개봉되었지요 ^^)

처음에는 교류송전을 주장했던 불세출의 천재 테슬라의 주장이 호응을 얻었지만, 명예욕 끝판왕이었던 에디슨의 주도면밀하고 비열한 계략으로 에디슨의 직류송전이 송전방식으로 도입되었습니다.  그렇지만 테슬라가 변압기를 개발하면서 전력변환의 효용성이 바탕이 되어 다시 교류송전이 도입되어 지금까지 사용되었습니다. 그렇게 업치락 뒤치락하는 파란만장한 시간이 흘렀습니다. 

현대에 이르러 교류송전선로 건설에 대한 결사적인 반대 민원과 직류부하의 증가, 직류송전의 수 많은 장점이 재조명 되었고, 결정적으로 직류를 교류로 효율적으로 변환시킬 수 있는 변환장치의 발달로 다시 직류송전에 힘이 실리고 있습니다.

우리 나라는 '영암/해남~제주도' 간의 송전선로로 이미 직류송전을 이용하고 있고 동해안에 있는 여러 발전소에서 경기권으로 송전하는 송전선로를 직류로 적용하는 형태르 구상하여 추진하고 있는 상황입니다.

지금은 교류송전과 직류송전을 병용하는 형태의 문명이 전개되고 있는 상태로 전기기술 분야의 최고 기술자를 양성하는 전기기술사 시험에서도 직류송전에 대한 내용이 빈번하게 출제되고 있습니다.'

자 다시 본론으로 돌아와서 변류기는 1차측 권선의 권회수가 1[turn]인 변압기라고 할수 있습니다.

변압기는 항상 1차측에서 변화하는 자계에 반발하여 자계의 변화를 억제하는 방향의 자계가 2차측에 유기되고,

그 2차측의 자계를 만들 수 있는 방향으로 기전력이 발생하여 2차측에 전압이 유기되는 에너지 변환장치이지요!

이 것은 우리가 살고있는 자연계의 균형력에서 기인하는 것으로 1차측의 권선에 인가된 기전력에 의해서 흐르는 1차측의 전류가 발생시키는 자계의 변화가 자연계의 전자기적인 균형을 깨뜨리게 되고,  원례의 균형을 회복하려는 자연계의 복원력에 의해서 그 변화에 반발하는 방향의 자계를 발생하려는 힘이 생깁니다.

이 반발 자계를 형성하기 위해서 2차측에 기전력이 유기되고, 이 기전력에 인해서 2차측 권선에 전류가 흐르면서 1차측에서 생성한 자계의 변화를 상쇄시키는 반발자계를 2차측에서 형성하게 되는 원리 입니다.

이 것은 마치 우리 몸에 상처가 생기면 그 상처를 회복하려는 회복력으로 치유가 일어나는 것이나, 달과 지구, 그리고 태양의 만유인력의 작용으로 해수면의 위치에너지가 달라져서 그 것을 회복하려는 반작용으로 조수간만의 움직임이 생기는 것이나 엔트로피 증가의 법칙처럼 에너지가 분리된 불균형이 균형을 향한 무질서의 방향으로 변화해가는 하나의 형태입니다.

이 모든 것은 우리가 사는 자연계가 안정적으로 존재하게하는 평형유지력의 작용입니다.

그러므로 어떤 경우에도 청개구리처럼 2차측의 자계는 1차측의 자계가 변화하는 방향의 반대방향으로 생성됩니다.

여기서 감극성, 가극성의 구분을 하는 것은 기전력의 방향 즉 전위벡터의 방향입니다.

모든 경우에 2차측의 자계는 1차측의 자계변화와 반발하는 방향이 되지만(렌츠의 법칙) 1차, 2차측 코일이 감겨진 방향에 따라서 1차, 2차측의 기전력의 방향, 즉 전위벡터의 방향이 달라집니다.

아래의 그림을 유심히 보기 바랍니다.

두 그림 모두 자계가 변화하는 방향(F1, F2)은 서로 반대 방향이지만, 전위벡터의 방향 즉 전계의 방향(E1, E2)은 코일이 감겨진 꼬임의 형태에 따라서 다른 것을 알수 있을 것입니다.

1차, 2차 권선이 감겨진 상대적인 방향에 따라서 전위벡터 E의 방향이 달라집니다.

이처럼 변압기 철심을 하나의 Loop로 볼때 1차, 2차 권선의 전위벡터가 Loop내에서 동일한 회전방향으로 형성될때 가극성(加極性)이라고 하고, 서로 상충하는 방향의 전위벡터가 형성될때 감극성(減極性)이라고 합니다.

이 기본 원리개념을 숙지하고 CT의 극성을 생각해보면 감극성과 가극성의 원리를 통찰할 수 있을 것 입니다.

극성이 다른 변압기를 병렬 운전하면 2차측 극성의 차이에 의한 위상차가 발생하여 등가단락(단락과 유사한 효과)으로 변압기가 소손(燒損) 될 수 있기 때문에 우리 나라에서는 변압기의 극성을 감극성을 표준으로 제작하고 있습니다.

모든 행운을 빕니다!

[사시랑이]

좋은 자료 감사합니다...^^

[강미아빠]

전문가 수준이시네요. 감사합니다