변압기 결선방법입니다.

[노을진강]

 

변압기의 결선 

*변압기의 결선*

변압기의 결선방식은 수전방식, 병렬운전방식, 접지방식, 부하에 요구되는 전압방식 또는 전력 공

급자의 요구에 따라 정해진다.

각 변위 표시는 3상 변압기의 병렬운전에 필요한 것으로서, 2개의 권선간 각 변위란 권선간의 유

기전압 벡터도에서 중성점과 이에 대응하는 선로단자  1차 U와 2차 u를 선으로 이루는 각도로서,

1차에 대해 2차가 반시계 방향으로 얼마나 늦는 가를 나타낸다. 각 변위는 전압이 높은 쪽 권선의

전압벡터(1차전압)을 시계의 분침으로 하고 전압이 낮은 쪽 권선의 전압벡터(2차전압)을 시계의

시침으로 한 경우, 분침이 12시 위치에 있을 때 시침이 나타내는 시계의 시각을 나타낸다. 이렇게

표시한 수치를 각 변위 시수라 한다. 시간적인 위상 순서를 나타내는 유기전압 벡터의 회전방향

은 반시계 방향으로 한다.

벡터군의 기호

2권선 변압기 결선과 각 변위를 동시에 표시하는 경우에는 아래 순서로 조합시킨 벡터 집합 기호

를 이용한다.

- 고압권선 결선기호(대문자)

- 저압권선 결선기호(소문자)

- 각 변위 시수

고압권선이  Y , 저압권선이 Delta일 때 Delta결선의 위상이 Y결선의 위상보다 30도 뒤질 경우 벡

터의 집합기호는 Yd1이 된다.

1. Y-Y 결선

1) 변압비, 권선 임피던스가 서로 차이가 나도 순환전류가 흐르지 않는다.

2) 1차 , 2차측 모두 중성점 접지가 가능하며, 이상전압을 경감시킬 수 있다.

3) 3상 1차 2차의 전류, 전압간의 위상변위가 없다.

4) 저전압, 대전류이므로 권선의 점적율이 좋으며, 1. 2차 상전압이 선간전압의 1/√3 이 되어 고전

압 권선에 적합하다.

5) 단점으로 Delta 결선이 없어 제3조파를 흘릴 수 없으므로 중성점 전위가 이동하고, 철심의 비선

형 특성 때문에 기수고조파를 포함한 찌그러진 파형의 전압 전류가 흐르게 되고 이 고조파분은 인

접 통신선에 전자유도 장해를 일으킬 뿐만 아니라 2차측 중성점 접지시 직렬공진에 의한 이상전

압 및 제 3고조파의 영상전압에 따른 중성점 전위 변동 등의 현상을 일으킨다.

6) 중성점이 비접지인 경우

-. 중성점이 비접지인 경우 여자전류에 제 3조파가 흐르지 못하고 유도 전압파형은 제3조파를 포

함한 외형파가 되고, 권선의 절연, 스트레스가 증가한다.

-. 중성점 전위가 대지에 대하여 3배의 주파수의 전위를 가진다.

7) 중성점을 접지한 경우

-. 중성점을 접지 할 수 있으므로 단절연 방식을 채택할 수가 있다.

중성점이 접지되면, 제3조파 전류가 대지로 흘러 인근의 통신선에 유도장애를 일으킨다.

-. 송전선의 대지정전용량과 제 3조파에 의한 여자 리액턴스가 같으면 직렬공진이 발생하여 이상

고전압이 발생될 우려가 있다.

-. 중성점 전위가 이동된다. 즉 각 상의 제3조파 의 영상 전압분 때문에 중성점의 전위는 2차의 전

압 3각형보다 1차의 제 3조파의 영상 기전력 Vo 만큼 이동하게 되어 각상에 걸리는 전압은 불평형

이 되므로 이 Vo를 제거하기 위해서 제 3차 권선을 설치하고 제3조파 전류를 순환시켜 자속을 정

현파로 만들어야 한다.

8) 안정권선을 설치한 경우(Y-Y-Delta)

Y-Y결선의 대책으로 변압기의 안정권선(Stabilizing winding -3차권선)을 설치한 것으로 3각결

선 (Delta Connetion) 의 3차권선을 설치하여 고조파중 가장 큰 제3고조파의 전압 전류를 억제하

고 영상임피던스를 줄일 목적으로 사용된다. 안정권선은 권선단자를 변압기 외부에 인출하지 않

은 경우도 있고 1개 또는 2개의 단자만을 인출하여 접지시킬 수 있도록 하는 경우도 있으며, 그러

나 1차 2차에 Surge침입시 안정권선이 흡수하게 되므로 안정권선에 고전압이 유기되어 절연이 파

괴되기 쉽다.

안정권선의 정격 용량은 주권선의 약 1/3 정도이며, 제 3차 권선에 변전소 공급용 전원 또는 역율

개선용 Capacitor를 설치한다.

2. Delta-Y , Y-Delta

1) 중성점을 접지 할 수 있으므로 단절연 방식을 채택할 수 있다.

2) Delta-Delta결선과 같은 정현파의 기전력을 유도한다.

3) 변압기의 3상 임피던스의 상이, 권선비의 상이등에 의해 Delta결선내에 순환전류가 흐르지 않

는다.

4) 2차측 상전류가 선전류의 1/√3 배 이므로 대전류 부하에 적합하다.

5) 3상 입력, 출력의 전압, 전류간에 위상 즉 1차 , 2간에 30도 의 각변위 차가 생긴다.

6) 각상 권선의 임피던스가 다르면 3상 부하의 불평형 전류가 흐른다.

7) Delta-Y

저압을 고압으로 송전하는 전력용 승압변압기에 사용된다. 발전소의  Step-up 변압기에 주로 사

용된다.

-. 2차측에 부하시 탭 변환장치(OLTC)를 설치할 경우 저압측에 대전류용을 사용하여야 하므로

고가가 된다.

8) Y-Delta

-. Y 결선에서 상전압이 1/√3이 되어 고전압의 결선에 적합하다.

-. 1차측에 부하시 탭 변환장치(OLTC)를 설치할 경우 중성점에 설치할 경우 초고압의 변압기인

경우 절연레벨을 작게 할 수 있어 저가가 된다.

3. Delta-Delta

1) 1차, 2차에 중성결선이 필요없을 때 사용하며, 정류기 등의 비접지 방식의 부하에 사용된다.

2) 같은 선간전압에 대하여 Y결선보다 전압은 높고, 전류는 적기 때문에 권선의 점적율이 적어지

며, 특히    고전압에 있어서 이런 경향이 크다.

3) 제3조파의 여자전류가 Delta 결선 내부를 순환하므로 정현파 교류전압이 유기되어 기전력이 왜

곡을 일으키지 않는다.

4) 변압기의 상전류가 선전류의 1/√3 이되어 등, 저 전압이고 전류가 큰 것이 요구되는 데에 사용

된다.

5) 중성점을 접지 할 수 없으므로 지락 전류의 검출이 용이하지 않다.

6) 서로 특성이 다른 단상변압기를 사용할 때, 즉 각상의 권선 등가 임피던스(권선비)가 다르면 3

상 부하의    불평형 전류가 흐른다.

7) 배전계통에 잘 사용되나, 110kV이상의 송전계통에는 그다지 사용되지 않는다.

8) 1상의 고장시 V결선으로 운전이 가능하다.

9) 한전의 경우 60kV 이하의 송전선 및 고압배전선로의 변압기에 사용된다.

4. V-V결선

3대의 변압기를 Delta-Delta 결선으로 하여 운전하고 있을 때 그중 한 대가 고장이 일어난 경우

V-V결선되어 지나 그대로 3상 전력을 공급할 수가 있다.  동일용량의 변압기 3대를  Delta-Delta

결선으로 할 때의 총출력 비는√3/3 즉 0.577배가 된다.

5. 역 V결선

3대의 변압기를 Y-Y 결선으로 중성점까지 전력공급원으로부터 연결되어 운전하고 있을 때 그중

한 대가 고장이 일어난 경우 V-V결선되어 지나 그대로 3상 전력을 공급할 수가 있다. 그러나 국내

의 22.9kV를 수전하는 경우 중성선을 Floating 시켜 운전시키도록 되어 있으므로 실질적으로 사용

이 불가하다. 이는 3상중 1상이 Open될 경우 전력회사측에 Unbalance전류가 흐르게 되므로 금

지하고 있다.

( 3)평형3상회로

평형 3상 회로 : 전원이 대칭이고 부하가 평형을 이루고 있는 회로.

[1] Y-Y 회로

① Y-Y 회로 : 전원의 접속 및 부하의 접속이 모두 Y결선인 회로.

② 상전류와 선전류의 관계 : 선전류와 상전류는 동상이다.

③ 선전류의 크기 : I_l

=I_p

[A]

④ 선간 전압과 선전류의 관계 :

[2] △-△ 회로

① △-△ 회로 : 전원의 접속 및 부하의 접속이 모두 △결선인 회로.

② 상전류와 선전류의 관계 : 선전류는 상전류보다 30°뒤진다.

③ 선전류의 크기 :

④ 선간전압과 선전류의 관계 :

[3] Y부하와 △부하의 변환

① Y→△ 변환  

-평형 부하인 경우 :

② △→Y 변환

-평형 부하인 경우 :

[4] V결선

① V결선 : △결선된 전원 중 1상을 제거하여 결선한 방식.

② V결선의 경우 유효 전력 P_v

 :

③ △결선의 경우 유효 전력 P_△

 :

④ 출력비 : 57.7[%]

⑤ 이용률 : 86.6[%]

⑥ V결선은 변압기 사고시 응급조치 등의 용도로 사용된다.

나 . 변압기 결선

(그림 2)

* 부하내역 전등부하 50KVA

Motor부하 100KVA

다 . 전압 측정 값

Va=256V Va=268V Va=202V

Va=470V Va= 406V Va= 354V

2 . 원인 분석

전력계통은 전류가 흐르는 통로(도체)와 흘러서는 안되는 절연물(전선의 피복애자 등)으로 구성되며 전류통로에 저항이 증가되면 전류가 흐를 수 없고 절연물이 파괴되면 지락 또는 단락 고장이 유발된다. 전류통로(도전부)에는 저항값이 미소하나 전선의 연결점 개폐기의 접촉극 등에는 접촉저항이 증가되어 과열되거나, 용융 또는 단선될 수 있으며 오랫동안 사용하지 않거나 부하전류가 경미한 장소에서는 개폐기등의 접촉점에 저항이 증가되어 육안으로는 접촉된 것과 같이 보이게 되나 전기적으로는 개방되는 상태가 되어 전류가 통전되지 않는 경우가 있다. 이와 같이 1선이 단선되는 결상 상태가 되며 다음과 같은 현상이 나타난다.

가 . 변압기의 2차측 단선

1) 전등 부하 또는 무부하의 경우는 결상(단선)된 상의 전압이 "0"이 되어 해당 상의 전등은 점등이 안되고 모터는 가동이 안되며 진동하게 되므로 쉽게 발견되게 된다.

2) 동력(Motor)부하는 운전중에 결상되면 불평형 3상 전압이 유지되며 경부하시는 운전이 계속되게 되지만 모터는 과열되어 소손할 수 있고 정격 용량의 부하를 걸면 정지 된다.

나 . 변압기 1차 결상

변압기 2차측에 불완전한 비대칭 3상 전압이 유기되게 되어 모터부하는 진동, 과열 등 비정상적인 상태로 회전하게 되고 변압기는 각상의 전류가 불균일하게 되어 특정권선이 과열하게 되며 정격용량의 부하를 걸게 되면 소손하게 된다.

이 경우 무부하이거나 전등 부하만의 경우는 선간전압이 심하게 차이가 나게 되지만 모터부하가 연결되어 운전되는 상태에서는 전압차가 경미하게되어 발견하기는 더욱 어렵게 된다.

다 . 표1, 표2에 나타난 것과 같은 전압 불평형은 22.9KV/380V △-Y계통에

서 1차측(△결선)의 COS한상이 접촉 불량으로 결상된 경우의 현상이며 전압 불평형의 정도차이는 부하의 여건 1Φ부하의 연결상태 3Φ모터의 합성용량등에 따라 변하게 되므로 표1, 표2 값이 항상 같은 비율이 되는 것은 아니다.

라 . 이 경우는 장시간 전류가 흐르지 않던 COS의 접촉극이 접촉불량되어 A상이 결상되므로서 발생된 내용으로 22.9KV의 특고압계통에서 접촉불량으로 전류가 흐르지 않는 경우는 없을 것으로 생각하기 쉬우나 어느 한상의 개폐기에서 접촉이 끈기면(접촉불량)개폐기 전원측과 부하측은 전압차가 거의 없는 동전위(동상)상태 이므로 arc는 발생하지 않으며 따라서 대기중에 설치된 개폐기의 접촉불량은 쉽게 발생 될 수 있다.

운전되고 있는 상태에서 변압기 1상에 결상이 생기면 경부하로 회전하던 모터는 회전을 계속하나 모터에는 전압 불평에 따른 큰역상 전류가 흐르게 되므로 회전력은 감소되고 과열되어 소손되게 되고 변압기의 각 권선에는 불평형 과전류가 흐르게되어 소손하게 된다.

3 . 대책

가 . 운휴중인 설비를 재가동시 또는 경미한 부하가 지속되는 천문대, 송수신 탑 및 오염, 염해지역 등의 노출형 전력설비는 주기적으로 점촉상태를 점검하고 전압 불평형이 발생하면 원인분석이 필요함.

나 . 1상이 결상되면 전압의 불평형과 역상전류가 발생하며 위상의 대칭이 깨지게 되므로 역상계전기를 취부하면 해결된다.

4 . 관련 기술

가 . △-Y결선시 전압 분포상황

1) 정상시전압 분포

2) 무부하시 A상의 변압기 1차측 F점 결상(COS 접불)

<그림 3 >

<그림 4>

◎ A상의 F점이 개방(COS 접촉불량)된 경우

ⅰ) 1차측 권선전압 분포상태

<그림 4-1>

B상 권선에는 선간전압 22.9KV가 인가되게 되지만 A상 C상은 의 인 11.45KV가 각각 인가되며 위상은 A상권선, B상권선이 모두 동위상이 인가되게 된다.

ⅱ) 2차권선의 전압분포

B상권선에는 정격전압이 220V가 유기되지만 a상 c상 권선에는 220/2=110V가 유기되고 그림 5-2에서 보인바와 같이 a, b, c 상의 권선은 동위상을 같게되어 아래와 같이 된다.

<그림 5 ><그림 5-1 >

B상권선에는 정격전압이 220V가 유기되지만 a상 c상 권선에는 220/2=110V가 유기되고 그림 5-2에서 보인바와 같이 a, b, c 상의 권선은 동위상을 같게되어 아래와 같이 된다.

<표1> 무부하시 전압 분포

<표 2> 부하시 전압 분포

3) 전등, 동력 부하 운전 중 A상의 변압기 1차측 F점결상(COS접불), Motor의 역기전력 전등 부하에 의한 전압 강하 불균형등에 따라 아래와 같은 불평형 3상이 나타나며 그 정도는 부하 조건에 따라 크게 변할 수 있다.

4) 부하시 1차권선 F점이 단선된 경우

△-Y 결선시 1차(△측)권선 1개가 단선되면 (그림 7-4)와 같이 불평형 3상이 2차측에 유기되어 경부하 상태인 모터는 기동도 가능하며 경부하에서는 운전할 수 있게 되나 모터는 정격부하를 걸면 역상전류로 과열되어 소손하게 되며 변압기는 2권선으로 부하를 감당하게 되므로 과부하로 소손하게 된다.

이때 (A상 1차권선 단선) 무부하시 각 선간 전압 현황은 아래와 같다.

나 . 3상 변압기의 상회전 및 내부 결상 확인법.

△-Y결선시 Y결선측에는 결상을 쉽게 확인할 수 있으나 △결선측에는 한권선이 단선되어도 메가등으로 확인할 수 없다.

따라서 아래와 같은 방법으로 확인이 가능하며 3상변압기의 대표적인 결선법() 의 오결선이나 내부 결상을 확인할 수 있는 방법을 소개한다.

<그림 8 >

결선 : DY ₁₁

<그림 8-1>

다음의 결과를 얻을 수 없으면 오결선이나 단선이다.

U - μ = V - μ = V - μ < V - μ

5. 결론

전압의 불평형, 결상 등이 발생하면 모터에는 큰 역상전류가 흐르게 되어 과열하게 되고 회전토크가 저하되어 소손의 원인이 되며 변압기는 3권선중 2권선으로 불평형 3상을 공급하게 되어 과부하로 소손할 수 있게되므로 역상계전기를 취부하여 전압이나 전류의 불평형(위상 및 크기의 차이발생)에 의한 전력설비의 보호와 전력의 신뢰성 향상이 필요하다.

[부처사랑]

제 컴퓨터엔 사진이 안 보이는데요. 어떻하면 되지요?