변압기, transformer란 유도성 전기 도체를 통해 두 개 이상의 회로 사이에서 전기 에너지를 전달하는 고정형 장치이다.
쉽게 말하자면, 교류 전압 및 전류를 변환시켜주는 역할을 하는 전력 장치이다.
변압기는 주로 수용가(가정 혹은 공장)에서 필요로 하는 전원을 공급하기 위해 감압하거나 승압하는 용도로 사용된다.
이 외에도 다양한 용도로 쓰이며 각각의 변압기는 특징을 지닌다.
오늘은 이러한 변압기의 종류와 역할, 그리고 변압기 운영에 따른 계통 방식에 대해 알아보고자 한다.
변압기 분류
1) 절연방법에 따른 분류
유입식, 몰드식, 건식, SF6 가스식
2) 철심 구조에 따른 분류
외철형, 내철형, 권심철형, 적철심형
3) 철심 재료에 따른 분류
방향성 규소 강판, 아몰퍼스 코어 등
4) 냉각 방식에 따른 분류
공냉식, 유입식
5) 용도에 따른 분류
절연 변압기, OLTC, NLTC 등
유입 변압기
유입 변압기는 철심에 감긴 코일을 절연유로 절연한 것으로, 일반적으로 A종 절연 변압기이며 주로 옥외용으로 사용된다.
장점
- 보편적으로 사용되며, 가격이 저렴
- 설치장소에 영향을 받지 않는다
- 충격 내전압이 높아 차단기 2차 측에 별도의 SA(서지 흡수기)를 설치하지 않아도 된다
단점
- 옥내에 시설할 경우 오일의 유출을 대비한 시설이 요구된다
- 절연물의 내열온도가 A종으로 과부하시 열화 되기 쉽다
- 절연유 특성상, 발화온도가 낮고 연소성이 있어 대용량 변압기는 별도의 안전장치가 필요하다
건식 변압기
건식 변압기는 유입 변압기와 달리 절연유를 사용하지 않는 변압기를 말하며, 주로 빌딩이나 특히 화재의 위험성이 있는 장소에 사용된다. 사용하는 절연물의 종류에 따라 몇 가지 종류가 있으며, 소용량의 경우 B종, 대용량의 경우 H종이 적용된다
특징
- 난연성, 비폭팔성
- 옥내에서만 사용이 가능
- 화재예방을 요구하는 건물, 지하철 내부 및 병원 등에 사용된다
몰드 변압기
몰드 변압기는 소형 경량화, 유지•보수가 간단하고 설치면적이 적은 곳에 널리 사용되고 있다. 최근에는 건축물의 초고층화, 고밀집화에 따라 수변전설비도 안전성이 요구되고 있어 많은 변압기도 건식화 되고 있다.
장점
- 폭발 위험이 없다
- 장시간 정지 후에도 사용이 가능하다
- 관리가 용이하다
- 난연성, 효율이 우수하고 절연의 신뢰성이 높다
- 내습, 내진성이 우수하다
단점
- 유입 변압기에 비해 기준충격절연강도가 약하다
- 서지에 대한 대책이 필요하다
- 가격이 고가이다
- 폐기시 환경문제가 많다
- 옥내 전용이며 대형 제작이 어렵다
아몰퍼스 변압기
비정질 자성재료인 아몰퍼스 메탈을 사용하여 철심 소재를 기존의 방향성 규소강판 대신 철, 붕소, 규소 등이 혼합된 용융금속을 급 냉각시킨 변압기이다
특징
- 철손이 감소된다
- 포화자속밀도가 낮다
- 두께가 얇아 깨지기 쉽다
- 자기변형현상이 커서 소음이 크다
- 온도상승 시 자기 특성이 저하하는 성질에 의해 비교적 저온에서 사용된다
- 가격이 고가이다
GIS(가스절연 변전소)
밀폐된 외함 내에 모선, 차단기, 단로기 등을 넣고 SF6 가스를 충전하여 밀폐한 변압기이다
특징
- 무독, 무취, 무색, 불연성기체인 SF6 가스를 사용
- 절연내력은 공기의 2~3배
- 소호능력이 뛰어남
- 절연성능과 안전성이 우수
장점
- 소형화 가능
- 소음이 적고 환경조화를 기할 수 있다
- 충전부가 완전 밀폐되어 안전성이 높다
- 소음이 적다
- 대기 중 오염물질의 영향을 받지 않아 신뢰성이 높다
- 절연물, 접촉자 등이 절연가스 내에 설치되어 보수기간 주기가 길다
단권 변압기
길이가 긴 배전선로 또는 전압강하가 큰 경우 선로 중간에 설치하여 전압을 승압하기 위한 변압기이다
장점
- 철손과 동손이 작아 효율이 좋다
- 권선을 적게 사용하여 동량이 줄고 그에 따라 크기와 중량을 줄일 수 있다
- 누설자속이 거의 없다
- %임피던스가 작아 전압변동률이 작다
- 안정도가 높다
단점
- 서지가 직렬 권선에 인가되므로 이에 대한 적절한 대책이 필요하다
- %임피던스가 작아 단락전류가 크다
- 고압측과 저압측이 직접 접촉되어 있으므로 저압측도 고압측 수준의 절연이 필요하다
변압기 결선방식
1) 단상 2선식
- 단상 교류 전력을 전선 2가닥으로 배전하는 것으로 전등용 저압배전에 가장 많이 사용된다
- 전선수가 적고 가선 공사가 간단하며 공사비가 저렴하다
2) 단상 3선식
- 변압기 저압측의 2개의 권선을 직렬로 하고 그 접속의 중간점으로부터 중성선을 끌어내어서 전선 3가닥으로 배전하는 방식이다
- 주로 중성선과 외선 간에 110V 부하를, 바깥쪽의 양 외선 간에 220V 부하를 공급할 수 있다
▪︎선로의 장점(단상 2선식과 비교)
1. 상전압, 전류가 일정할 경우 1선당 공급전력이 1.33배만큼 증가한다
2. 전압과 전력손실이 일정할 경우 전선 전체 소요량이 3/8배만큼 감소한다
3. 2종류의 전압을 얻을 수 있다
4. 전압강하 및 전력손실이 감소하므로 효율이 좋다
▪︎단상 3선식 선로의 단점
1. 부하 불평형시 단자전압의 불평형이 발생한다
2. 부하 불평형시 중성선에 단선 등에 의한 매우 큰 단자전압에 불평형이 발생하여 부하의 소손 우려가 발생할 수 있다
▪︎단상 3선식의 시설원칙
1. 개폐기는 3극 동시에 개폐되는 것으로 한다
2. 중성선에는 접지공사를 실시한다
3. 중성선에는 과전류차단기(퓨즈)를 설치하지 않고 동선으로 직결한다
3) 3상 3선식
3상 교류를 3가닥의 전선을 사용하여 배전하는 방식
4) 3상 4선식
변압기의 2차측을 접속하고 그 중성점으로부터 중성선을 인출하여 3선식의 전선 3가닥과 조합시킴으로써 2가지의 전압을 공급
