변압기 임피던스 전압강하란?

이번 포스팅은 변압기에 있어서

 

1. (%) 임피던스 전압강하가 무엇이며

2. 왜 발생하는지

3. 이러한 전압강하는 어떤 현상을 초래하며

4. 어떤 값을 유지하여야 하는지 알아보겠습니다.

 

1. 변압기 임피던스의 개념

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- 변압기에 전압이 인가되어 전류가 흐를 경우 코일의 권선저항(R)과

- 권선과 철심간의 자속의 작용에서 100% 다 활용되지 못하고 일부 누설 자속이 발생 (누설 리액턴스 XL)

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이 저항과 누설리액턴스를 "변압기 임피던스" 라 하며

이는 변압기 내부전압강하를 일으키는데

이 크기를 "변압기 임피던스 전압" 이라 한다.

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2. 변압기 임피던스 측정방법

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변압기의 임피던스 측정은 아래와 같이 단락시험으로 측정하게 된다.

변압기 단락시험

처음부터 1차측에 정격전압을 가하고 2차측을 단락하면 매우 큰 전류가 흘러 변압기에 큰 충격을 주기 때문에 단락시험을 시행하기 어려우므로,

2차측을 단락한 상태에서 1차측에 서서히 전압을 증가시키면서 1,2차측에 정격전류가 흐를때 까지 전압을 인가한다.

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이럴 경우 권선은 과열되지 않고 변압기에 가해지는 충격도 작게된다.

이때, 권선의 상호자속은 매우적고, 철심의 손실도 무시할 수 있을 정도이다.

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여기서 전력계(W메타) 의 지시 1,2차 저항으로 인한 동손을 지시한다.

전력계의 측정값을 Pc, 정격전류를 흘리는 전원전압을 Ve, 1차 전류 I1 를 측정하면

Pc 는 동손 즉, 임피던스 와트이고

Øe 는 임피던스 각,

Ve 는 임피던스 전압이다.

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만일 Ve 에 의하여 1차 부하전류 I1n 이 된다면,

1차 정격전압 V1n 에 의한 1차 단락전류 I1s 는 다음과 같이 표시할 수 있다.

I1s = I1n (V1n / Ve)

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이와 같이 단락한 권선에 정격전류가 흐를대까지 다른 권선에 전압을 인가하는데 이때의 전압이 임피던스 전압이고, 그 단락한 권선의 정격전압에 대한 비율을 % 임피던스 전압강하 또는 백분율 임피던스라 한다.

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한편 단락하지 않은 권선에서의 입력은 임피던스와트 라고 하는데 이 값은 전부하시의 동손과 같다.

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% 임피던스 전압강하

Zpc = Ve / V1n x 100 = I1n Zp / V1n x 100 으로 표시한다.

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이를 저항성분과 리액턴스 성분으로 나누어 표현하면 다음과 같다.

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% 저항 전압강하 rpc = Pc / (I1n V1n) X 100

= I1n (R1+R2') / V1n X 100 [%]

 

% 리액턴스 전압강하 xpc = I1n (X1+X2') / V1n X 100 [%]

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그리고 1차 단락전류와 1차 정격전류와의 비는

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I1s / I1n = 100 / Zpc 로 표시된다.

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일반적으로 전력용변압기에서는 X ≫ R 이므로

근사적으로 Z ≒ X 라 할 수 있다.

즉 % Zpc = Xpc 로 간주하여도 무방하다.

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3. % 임피던스 전압강하의 특성

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% 임피던스 전압강하가

너무 크면,

전압변동율과 손실이 커지며, 송전안정도가 불리하다.

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또한 너무 작으면

고장시 고장전류가 커 변압기와 다른 기기에도 전기적,기계적,열적 영향을 주므로, 변압기의 단락강도 측면에서는 큰것이 좋다.

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따라서 변압기의 % 임피던스 전압강하 값은 전력계통에 적합한 것을 선정하여야 하며

전압별 전력용변압기의 % 임피던스는 아래와 같다.

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전력용변압기 % 임피던스