변압기 1차 탭에 의한 2차전압의 변화

변압기 Tap을 올리면 2차 전압은?

배전용 변압기 종류

1. 변압기 탭의 필요성

변압기는 2차 측(저압 측 또는 부하 측) 전압을 규정된 정격전압으로 유지하는 것이 바람직 하나, 실제의 변압기는 변압기 설치장소마다 수전전압(1차 전압)이 일정하지 않고, 부하전류의 크기 및 역률에 따라 변압기 자체의 내부전압강하도 계속 달라지므로, 2차 측 출력전압 또한 변동되게 됩니다.

이와 같이 변동되는 2차 전압을 정격전압에 가깝게 조정할 수 있도록 설치해 놓은 것이 탭입니다.  탭은 주로 변압기 1차 권선에 설치되는데, 그 이유는 변압기의 수전전압(1차 전압)이 정격전압 이상의 과전압이 될 경우에도 철심이 과포화되는 것을 막을 수 있고, 1차(고압) 권선에 흐르는  전류가 적은 만큼 탭 및 탭 인출 리드선 등의 단면적도 작게 할 수 있어 경제적인 제작이 가능하기 때문입니다.

2. 탭 절환에 의한 2차 전압 조정의 원리

변압기 전압과 권수와의 관계는 1차 권선의 전압 및 권수를 각각 V1, N1 2차 권선의 전압 및 권수를 각각 V2, N2라 할 때 (V1/N1) = (V2/N2) 로서,   1, 2차 권선의 1회 권수당 전압(volts/turn)은 서로 같습니다.  

여기서, 1차 권선의 권수(N1)를 증감시킴에 따라 (단, V1, N2는 일정한 상황에서) 2차 전압(V2)은 이에 반비례하여 변한다는 것을 알 수 있는데, 바로 이것이 탭절환에  의한 2차 전압 조정의 원리입니다.

  변압기 탭은 높은 전압 탭에서는 그에 비례하여 권선의 권수(권회수 : number of turns)가 많고, 낮은 전압 탭에서는 그만큼 권수가 작게 만들어져 있습니다.  따라서, 2차 전압(V2)이 정격전압보다 높아진 경우, 1차 권선의 탭을  높은 전압 탭으로 절환 하면  1차 권선의 권수(N1)가 많아지므로 1회 권선당 전압이 감소하게 되고,  이에 따라 2차 전압(V2) 또한 감소하게 됩니다.   반대로, 2차 전압(V2)이 정격전압보다 낮아진 경우, 1차 권선의 탭을 낮은 전압 탭으로 절환 하면 1차 권선의 권수(N1)가 작아지므로 1회 권선당 전압이 증가, 2차 전압(V2)이 증가하게 됩니다.

2차 측 부하량에 따라 전압이 변동되면

변압기 탭을 올리면 2차 전압은 낮아지게 되므로

2차 전압이 과전압이면  탭을 올리라 해야 하고,   2차 전압이 저전압이면 탭을 내리라 해야 맞는 말입니다.  

쉽게 표현하자면 변압기 1차 탭을 올리면 (1차 전압이 일정한 상태) 1 차권선수가 늘어나니 1차의 1권 선당 자속밀도가 약해집니다. 1차 측 권선의 자속밀도가 약해지니 당연히 2차 측의  전압이 내려가게 됩니다.  

반대로 1차 측 전압 변동 측면에서 검토하면

Tap 번호 1(13,800V),  2(13,200V 기준탭), 3(12,600) 은 1차 측 선로의 구간에 따라 변전소 인근 전원 측이면 전압이 높으니 전압에 맞추어 1번 탭에 놓고 운전하고, 배전선로 말단 측은 전압이 12,600V 정도까지 내려가면 3번 탭에 세팅해 운전하라는 의미임 (탭 전압간격 : 기준탭의 ±4.5%)

과거 한전선로는 경제적인 이유로 1회선의 긍장(거리)을 길게 잡아 운전함으로 인해서  전압강하가 심해 1~5번 탭까지 운영했으나 현재는 회선당 긍장을 단축해서 전압강하가 많이 발생하지 않아 무탭변압기(13,200V고정)를 거의 사용하고 있으며 일부농어촌 등 일부지역의 선로에 대비해 3 Tap 변압기가 운영 중임.

권수비 측정값     (디지털 권수비 오차 시험기 사용)

1차 탭번호               정격권수비
                     1차 전압. 2차 전압. 권수비
1.                  13,800       230       60
2                   13,200       230    57.39
3                   12,600       230    54.78

※  권수비 허용오차는  지정 권수비(변압비)의   ± 1/250

3. 탭절환기의 종류

  이상과 같이 탭을 변환시키는 기기를 탭 절환기(또는 탭절환 장치)라고 하며, 탭절환기에는 NLTC(No Load Tap Changer : 무부하 탭절환기) 및 OLTC(On   Load Tap Changer ;   부하 시 탭절환기)의 2종류가 있습니다.

NLTC    (주로 1,000 kVA 이하의 중소용량 유입변압기나 건식변압기 적용)  

변압기는 무전압인  상태에서만 탭을 절환 시킬 수 있는 기기로서, 대개 변압기 설치 시 수전
전압에 맞춰 탭을 절환 하여  줌으로써 원하는 2차 전압을 얻는 데 사용합니다.

OLTC(On Load Tap Changer) 주로 초고압 전력용 변압기에 설치됨)는  

변압기 운전 중에도 탭절환이 가능한 기기로서, 운전 중인 변압기는 송배전선로에서 전압변동(즉 , 1차 수전전압의 변동) 및  부하
전류 증감에 따른 변압기 내부 전압강하의 변동등에 의해 2차 전압이 변동되나, OLTC를 설치함으로써 이러한 2차 전압 변동을  최소화할 수 있습니다.

이상 변압기 탭변동 시 2차 측 전압 변동에 대해
알아보았습니다.