발전소에서 생산된 전기는 송전선로를 타고 변전소를 거치며 초고압으로 이동하게 됩니다. 이러한 고압의 전기는 일반사람이 바로 사용할수가 없기 때문에 흔히 사용하는 380/220V의 전압으로 강압을 할 필요성이 있습니다. 이때 바로 필요한것이 바로 변압기 transfomer인데요. 그렇다면 변압기란 정확히 어떤것을 말하는지, 그 원리에 대해서 알아보고 현장의 실물을 보면서 확인해 보겠습니다.
목차
변압기 TransFomer란, 변압기의 원리와 유입변압기 특징
1.변압기 TransFomer란
변압기 (TransFomer)란, 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압, 전류값을 변환하는 전력설비입니다. 영어로 트랜스포머, 줄여서 트랜스라고 불리며 이를 과거에는 ‘도란스’라고 흔히들 부르기도 하였습니다.
변압기는 1차에서 흘러 들어오는 전압을 더 높일수도 더 낮출수도 있는데요 전압을 높이는것을 승압, 전압을 낮추는것을 강압이라고 표현합니다.
1-1)변압기를 사용하는 이유
시작글에서 언급했듯이 전기를 사용하기 위해서는 여러과정을 거치게됩니다.
발전소에서 전기를 생산하며 변전소를 거치며 송전탑과 송전탑을 이동하게되는데요. 그리고, 다시 변전소를 거쳐 가정집 또는 회사에 전기가 공급이 됩니다.
이때, 발전소에서 가정집에서는 매우 장거리로써 중간에 많은 손실이 발생하게 되는데요. 이러한 손실을 조금이라도 줄이고자 전압을 154kV, 345kV, 765kV와 같은 초고압으로 승압을 시켜서 송전을 하게 됩니다. 따라서, 승압된 전력을 일반 사용자가 사용하기 위해서는 다시 적정값의 전압으로 강압을 해야하는데요. 이때 필요한 것이 바로 변압기가 됩니다.
1-2)변압기 TransFomer의 원리
위의 그림과 같이 들어오는 전압(1차전압)과 나가는 전압(2차전압)의 비는 1차측에 감긴 코일의 수와 2차측에 감긴 코일의 수와 각각 비례하게 됩니다.
예를들어, 1차에 들어오는 전압이 1,000V라고 가정하고, 1차코일에 감긴 권선의 수가 100, 2차코일에 감긴 권선의 수가 10이라고 해보겠습니다. 그렇다면 1차와 2차의 비는 10:1로써 2차로 나가는 전압은 100V가 되는 것이죠. 이때, 전압은 1/10으로 줄겠지만 전류는 10배 증가하게 됩니다.
(하지만, 변압기는 주파수를 바꾸지는 못합니다)
왜냐하면, 1차측 전력 = 2차측 전력이기 때문입니다 (변압기 손실은 무시한다고 가정)
1-3)변압기의 정격단위
변압기의 정격의 단위로는 kVA로 나타내게 되는데요.
이 이유로는 변압기의 제조회사는 소비자가 어떤 유형의 부하를 사용하게 될지 모르기 때문에 (저항부하에 사용한다면 역률이 1, RL 또는 RLC와 같은 회로에 전력을 공급한다면 역률은 1이 될수없음) cos값 즉, 역률값이 제외된 피상전력으로 나타내는것이죠.
*피상전력(kVA) X 역률 = 유효전력(kW)
1-4)변압기의 종류
변압기의 종류로는 건식변압기, 유입변압기, 몰드변압기, 단권변압기, 아몰퍼스변압기등 다양한 종류의 변압기가 있습니다.
그 중, 유입변압기와 몰드변압기가 일반적으로 현장에서 많이 쓰이는데요 아래에서는 ‘유입변압기’ 중점으로 도면과 현장의 사진과 함께 장단점에 대하여 알아보겠습니다.
1-5)전기도면에서의 변압기
위의 도면에서 표시된 기호로 변압기의 모습을 확인할 수가 있습니다. (일반적으로 특고압계통에서는 LBS(부하개폐기)를 지나 MOF(전력수급용 계기용변성기)와 VCB(진공차단기) 그리고 전력퓨즈인 PF를 거쳐 변압기로 전력이 공급이 됩니다)
좌측은 델타-델타 결선의 변압기이며, 우측은 델타-와이 결선의 변압기인것을 볼 수 있죠.
또한, 델타-델타의 500kVA 변압기는 22.9kV/440V로써 2차측의 전압이 440V로 변환된다는것을 알 수 있습니다.
우측의 델타-와이의 350kVA 변압기는 22.9kV/380-220V로써 역시 2차측의 전압이 380/220V로 변환된다는것을 확인할 수 있죠.
2.유입변압기의 특징과 장단점
위의 전기도면을 바탕으로 현장의 변압기 모습을 확인해보겠습니다.이 곳의 경우 특고압 및 저압의 전력선이 노출되지 아니한 구조로 매우 안전한 형태의 모습으로 있습니다.
도면에서도 볼 수있듯이 각각의 변압기에는 E1으로 외함접지가 되어 있는것을 확인할 수 있습니다. (이제는 접지종별의 개념이 새로운 용어로 바뀌었습니다)
또한, 델타-델타 결선의 변압기는 중성점이 없기때문에 중성점 접지가 불가한데요. 따라서 밖에서는 보이지않지만 내부에 혼촉방지판으로 접지가 추가로 되어있습니다.
위와 같이 델타-델타결선의 2차측은 1차측과 마찬가지로 3상3선식이기 때문에 N선이 없습니다. 하지만, 델타-와이결선의 변압기는 2차측이 3상4선식이기 때문에 N선이 생긴것을 볼 수 있으며 중성점 접지까지 되어 있는것을 확인할 수 있습니다.
2-1)유입변압기의 특징
유입변압기는 절연유가 담겨있는 탱크속에 권선을 담은 구조를 가집니다. 제작이 쉽고 사용범위가 넓어 가장 많이 사용되는 변압기 중 하나이기도 하죠.
특히, 옥내와 옥외 구분없이 사용가능한것이 특징입니다. 흔히 볼 수 있는 전봇대 상단에 위치한 변압기가 유입변압기입니다.
또한, 유입변압기의 외관에서 볼 수 있는 가장 큰 특징은 흡습호흡기가 달려있는 것입니다. 이 호흡기는 절연유의 열화 및 노화방지를 위해 사용되며 흡습제(실리카겔)와 절연유가 주입된 용기로 이루어져 있습니다.
이러한 흡습제 용기 속에는 항상 3/4정도의 실리카겔이 들어있으며 누렇게 변색한 경우에는 흡습제를 교체하여야 합니다 (흡습제마다 색이 다름)
2-2)유입변압기의 장단점
이러한 유입변압기의 장단점은 무엇이 있을지 같이 알아보겠습니다.
●장점
-냉각 관리 부분에 있어서 몰드변압기에 비해 쉽다.
-충격내전압이 강해서 서지흡수기를 별도로 설치할 필요가 없다.
-절연유(아크 소호 능력이 좋음)를 사용하여 절연내력이 좋고 절연특성이 좋다.
●단점
-유입변압기의 핵심인 절연유를 주기적으로 유지보수를 해줘야 함.(절연유 산가도 특성 및 절연유 절연저항측정을 연차적으로 시행하여 2~3년마다 절연유를 교체 해주어야 합니다)
-절연유(oil) 사용으로 사고발생시, 화재 및 폭발의 위험
-호흡기 변색 유무, 외함 누유상태등 점검 할 부분이 증가(몰드변압기에 비해)
