변압기의 결선방식과 특성

 

변압기 운전방안 검토

 

상시 예비 2BANK	상시 2BANK	상시 예비 2BANK + ATS
상시 100%부하를 한대의 변압기에서 운전하며 한대는 예비로 유지하다 운전중인 변압기 고장시 예비 변압기에서 전체 전원을 공급하도록 구성하는 방안	변압기에서 50%씩 상시부하를 나누어 운전하며 TIE 차단기에 의해서 나누어 운전되며 운전중 한대의 변압기 사고시 건전한 변압기에서 정거장 전체 부하를 공급도록 구성	2대의 변압기에서 전원을 즉시 공급이 가능하도록 가압한 상태에서 저압 MAIN에 ATS를 설치하여 전원을 공급하며 전원공급중 전원 공급이 중단되면 ATS가 절체되어 안정적으로 전원을 공급하도록 구성됨
상시 및 예비변압기로 운전되므로 무부하손실은 적게 발생하나 변압기 고장시 전체 정전이 발생하며 정전의 시간이 늘어남	전체부하를 50%씩 분담하여 운전하므로 무부하손실은 증가하나 변압기 고장시 50%의 부하에는 전원이 계속공급이 가능하므로 정전범위가 축소된다.	변압기는 상시로 2대에 전원이 가압되어 있으므로 무부하손실은 증가하며 순간정전시 자동절체가 가능하여 정전시간을 축소할 수 있으나 부하차단기 오동작시 전체 정전 및 정전시간이 길어진다.
다중이용시설인 정거장 전원은 신뢰성이 매우중요하며 상시 최소 50%의 전원은 공급 가능하므로 상시 2BANK 구성안으로 선정한다.

 

 

구      분	MOLD 변 압 기	H종 실리콘 건식 변압기	유 입 식 변 압 기	비    고
연   소   성	난 연 성 자기소화성	난 연 성	가 연 성	방화 효과가 크다
방   습   성	크    다	중    간	적    다	내절연 성능이 큼
손         실	작    다	크    다	중    간	ENERGY 절약 효과가 크다
단  락  강  도	매우 강하다	강 하 다	강 하 다
내오손특성	좋    다	나 쁘 다	좋    다	다습 지역에도 사용가능
절연재질의  내압특성	46kV/mm	2.1kV/mm	12kV/mm	Compact한 변압기
크        기	작    다	중    간	크    다	실내 설치 면적율 줄일 수 있다
중        량	작    다	작    다	크    다
과부하 내량	크    다	작    다	작    다	부하변동이 심한 곳에 적합
소       음	작    다	크    다	작    다	저소음으로 실내 설치 적합
유지 및 보수	거의 없다	중    간	복    잡
부대 소화 설비	적    다	중    간	많    다
내   진   성	매우 강하다	강 하 다	강 하 다
설  치  장  소	옥    내	옥    내	옥내, 외
점유면적비교	54%	60%	100%	개략치임
중 량 비교	82%	82%	100%	개략치임
체적 비교	42%	45%	100%	개략치임
손실 비교	100%	185%	155%	24시간 100% 부하 개략치임
선  정  사  유	∙최근에는 유입식 변압기 중에도 저손실의 아몰퍼스 몰드 변압기, 난연성의 실리콘유 변압기 등이 개발되고 있으나 고가이고 신뢰성이 실증되지 않았다. 따라서 난연성으로 자기 소화성이고, 단락강도도 크며 손실이 적을뿐만 아니라 설치면적도 적은 Mold Type의 변압기를 선정

 

 변압기 설비

• 차량기지용 변압기 설비는 손실을 최소하며 안정적인 전원공급이 가능한 1단 강압방식으로 적용하였으며 몰드변압기를 적용하여 유지 보수 및 운영상 편리하도록구성하였다.

 

구   분	몰드형 변압기
권선 절연물	B종 또는 F종 Epoxy Resin
전    압	22.9-0.38/0.22v
용    량	1000 kVA
권선 온도(℃)	80
절연 특성	안 정
철심 재질	규소강판
소    음	양 호
충격내전압(24kV급)	95 kV
단락 강도	유입변압기 보다 우수
기타 부속 설비	온도검출기 및 표시기

 

 

 변 압 기 기술시방 

 

 

 

구    분	사    양	구    분	사    양
종    별	•몰드 자냉식	극    성	•감극성
상    수	•3상 60Hz	절연종별	•B종이상
정격 구분	•전철 급전용	냉각방식	•자연공냉식
과부하 정격	•100% 연속 •150% 2시간 •200% 1분	무부하전압변환	•TAP : F24.0-F23.5-R22.-F22.3            -F21.8kV
정격 용량	•도면참조	상용주파내전압	•1차 : 50kV
정격 1차전압	•22.9kV	소음기준	•75dB 이하
정격 2차전압	•608V	충격 내전압	•1차 : 125kV
결    선	•∆/∆ -Y	결합정류기용량	•750V DC, 12 -Pulse

  

예비품 

구    분	사    양	구    분	사    양
표시등 전구	•전 수량의 100%	온 도 계	•1 EA
온 도 계	•온도 센서 및 계전기 : 1SET

 

 

변압기 부대 장치 

 

•Dial 온도계 (경보 접점부)                     

 

•온도보호계전기 (26H/L)

 

•기초 판넬 및 앙카볼트                         

 

•접지단자

 

•단자대 및 외부케이블 결선용 터미날러그(2차측)

 

•명판(전, 후면)                                   

 

•큐비클 내 조명등 (220V AC)

 

•콘센트 (2P 15A 300V AC)                    

 

•보조회로 이면배선 및 단자대

 

•제어회로 이면배선 및 단자대

 

 

배전용 변압기

구조, 규격 및 성능 

구    분	내    용
개    요	•변압기의 철심재료는 양질의 냉간압연 방향성 규소강판을 사용 •규소강판의 특성을 유지하기 위하여 45° 접합방식을 적용하여 무부하특성이 양호하게함 •철손, 여자전류, 소음이 최소화 되도록 철심의 자속밀도를 자기포화점 보다 충분히 낮게함 •적층된 철심은 표면의 부식 방지 및 소음 저감을 위하여 성능이 우수한 페인트로 도장
본    체	•변압기 본체와 하부 베드 프레임 사이는 방진고무를 설치하여 변압기 본체에서 생기는 진    동이 지면에 전달되지 않도록함. •변압기 본체에는 접지용 단자를 구비 •변압기반 내부는 보수 점검을 위한 조명등, 가압 유무를 식별할 수 있는 표시등을 설치하고 문의 개폐와 연동으로 동작하도록함. •변압기에 취부되는 모든 계기는 Door를 열지 않고도 볼 수 있도록 Door에 투명창을 설치
권    선	•권선은 전기적 및 기계적 특성이 우수한 에폭시 수지로 진공주형하며 전기적으로 부분 방    전등이 없는 우수한 성능을 갖도록 하고 기계적으로도 견고한 구조로하며, 자체내압에 대    한 절연문제 해결 및 충격전압에 대한 전기적 강도에 견디도록함 •권선의 에폭시 수지몰딩은 운전중 생기는 부하 변동으로 인한 온도 및 진동으로 발생되는 열    팽창과 수축에 변형되지 않도록 제작하고, 권선과 수지 절연물과의 온도 변화에 기인된 신축    의 차이로 균열이 생기지 않도록 세심한 배려를 하며, 장시간에 걸친 경년 변화가 없도록함. •권선의 지지 및 권선과 철심간에는 탄성체의 스페이서를 넣어 고정하여 철심의 왜형진동    이 권선에 전달되는 것을 방지하여 권선에서 발생되는 소음을 감소시킬 수 있는 구조 •권선 온도를 검출하여 과열로부터 보호하기 위하여 저압 권선에는 온도검출 센서를 각 1    개씩 설치하고 허용온도 초과시 Relay가 동작 1차는 경보, 2차단기를 트립 할 수 있는 접    점(Dry Contacts)를 구비 •변압기 고압, 저압 권선사이의 공기온도 측정을 위하여 경보가 가능한 다이알 온도계를 설    치하고 최대온도 초과시 경보를 울릴 수 있는 접점(Dry Contacts)을 구비함.
기    타	•변압기의 1,2차 인,출입 케이블은 하부로 할 수 있는 구조로 케이블 지지대를 구비 •탭 절체는 무전압 상태에서 절환하며 사용탭 이외의 절환단자는 절연캡으로 보호 •모든 변압기에는 리프팅 러그(Lifting Lug)를 설치

 

 

시    험 

•외관시험 (구조 및 치수검사)                    

•권선저항 측정

•온도 상승 시험 (형식승인시험)                  

•변압비 측정

•극성 및 각변위 시험                            

•Impedance 및 부하 손실 시험

•내전압 시험 (충격과 시험은 형식승인 시험)      

•무부하 손실 및 여자전류 측정

•부분방전 시험 (형식 승인 시험)                

 •효율 및 전압변동율 계산

 

 

고압 배전용 변압기 

 

구    분	사    양	구    분	사    양
종    별	MOLD 자냉식	극    성	감극성
상    수	3상 60Hz	절연종별	B종 이상
정격1차전압	22.9kV	냉각방식	자연공냉식
정격2차전압	6,600V	절연등급 상용주파내전압	1차 - 50KV
결    선	△/△	충격 내전압	1차 - 95KV
무부하전압변환	TAP F24.0-F23.5-R22.9-F22.3 -F2l.8kV	소음기준	70dB 이하

 

 

•부대장치 

- Dial 온도계 (경보 접점부)                      - 인양고리

- 온도보호계전기 (26H/L)                        - 방진고무

- 기초 찬넬 및 앙카볼트                          - 위험표시

- 접지단자                                             - 고압단자

- 명판 (전,후면)                                     - 저압단자

- Cubicle 내 조명등 (220V AC)               - TAP 절환단자

- 콘센트 (2P 15A 300V AC)                    - 냉각 Fan

- 보조 및 제어회로 이면배선 및 단자대

 

저압 배전용 변압기 

 

구    분	사    양	구    분	사    양
종    별	MOLD 자냉식	극    성	감극성
상    수	3상 60Hz	절연종별	B종 이상
정격1차전압	6600V	냉각방식	자연공냉식
정격2차전압	380-220V	절연등급 상용주파내전압	1차 - 20KV
결    선	△ / Y	충격 내전압	1차 - 60KV
무부하전압변환	TAP F6.9 -R6.6 -F6.3 -F6.0 -F5.7kV	소음기준	70dB 이하

 

 변압기의 구조

 

1) 철심 : 투자율이 높고 히스테리시스손이 적은 방향성 규소강판을 사용하여  철손 및 여자전류가 적도록 성층 철심으로 가공조립

- 히스테리시스손 경감 : 냉간 압연된 방향성 규소 강판

- 와류손 경감 : 두께 3~3.5mm정도로 성층 철심

- 철심 형태 :  내철형 및 외철형

 

2) 권선

*권선의 종류 : 환형동선(소용량Tr) 및 사각동선(대용량Tr)

*권선의 특징

가) 온도 변화시의 수축 팽창에 의한 절연손상 방지.이상 운전상태에서의 동요 방지,충분한 절연유 순환으로 국부 가열 발생을 경감시킬 수 있는 적합한 형태로 가공조립

나) 철심 및 고저압 권선 사이에 절연 격리판 시설(고저압 혼촉방지), 코일 단말에는 선로의 이상 상태를 견디는 보호장비 구비, 변압기 단락사고 시의 스트레스에 충분히 견딜수 있어야 한다.

 

3) 부싱

* 부싱의 종류 : 단일형 부싱(30kv급) 및 콘덴서형 부싱(30kv이상)

* 부싱 접속방법 : clamp 타입 및 stud타입

* 부싱재질 : 균등질 자기제품, 견고하며, 흡집이 없고 방습형 일것, 아크섬락에 견딜것

* 외부 단자 : 은도금 실시(나사부분제외)

 

4) 절연유

* 절연유의 종류 : 1종 광유4호(66kv이상), 1종 광유2호(66kv급미만)

                .(주 : 구토 및 시력장애를 유발시키는 PCB가 함유되지 않토록 주의할 것)

* 절연유 보호장치 : 콘서베이터형(3MVA미만) 및 질소봉입형(3MVA미만)

* 절연유 열화원인 : 수분흡수에 따른 산화작용, 금속접촉, 절연재료, 직사광선, 이종 절연유 혼합 등

* 절연유 열화 판정시험 :  절연파괴시험법<신유(30KV.10분간),사용유(25KV,10분간)>

* 산가시험법 : 염가 0.2(양호). 염가 0.4이상(불량), 신유 염가(0.02정도)

* 절연유 여과방법 : 원심분리기법, 여과지법, 전기적 여과기법, 흡착법, 화학적방법 등

                    (1000KVA이하 변압기는 활선여과 가능)

 

5) 탱크

* 재질 : 일반구조용 압연 강재(SB-41)사용, 운반취급시 충격 진동등에 견딜 것

* 방압밸브 : 66KV급, 10MVA이상 변압기는 진공 주유 구조로 방압 밸브 부착

* 탱크부속장치 : Lifting eye,Jack pad,,pulling eye, 유온 및 권선온도 지시용 온도감지기 ,  Drain밸브, Pressure밸브, 라디에이타, 접지단자 등

 

6) 기타 부속품

* 방압장치 및 충격방압계전기, 권선 온도 지시계기, 다이알 액면계, 부흐홀쯔 계전기, 보조접점, 공동 단자함, 사다리(10MVA이상)

* 피뢰기 - 60KV, 10MVA이상 - 변압기 보호용 피뢰기를 분체 내부에 내장

             - 60KV, 10MVA미만 - 보호용 피뢰기 별도 시설(22KV선로, 20m이내 이격)

* 변압기 도장 : 노출금속 부분은 방청도료 2회 도장, 변압기 본체색은 (10B2K/1.18)로 도장

 

변압기의 냉각 방식

 

1) 변압기의 냉각방식 : 기냉식, 유입식, 강제식

* 기냉식 : 건식 자냉시(AN)(소용량), 건식 풍냉식(AF)(500KVA이상), 건식 밀폐 자냉싱(ANAN)

              (Mold 타입변압기에 주로 적용되며 큐비클 내장 방식에 일반적으로 많이 사용)

* 유입식: 유입 자냉식(ONAN), 유입 풍냉식(ONAF)(30% 용량 증가), 유입 수냉식(ONWF)

* 강제식 : 송유 자냉식(OFAN), 송유 풍냉식(OFAF)(300MVA이상), 송유 수냉식(OFWF)

 

2) 용량별 적용 예

 * 10MVA 미만 - 유입 자냉식, 10MVA～60MVA 미만 - 유입 풍냉식

 * 60MVA 이상 - 송유 풍냉식, 옥내 60MVA 이하 - 송유 풍냉식.

 

3) 유입 풍냉식

 * 유입 자냉식과 동일 구조로, 저소음ㆍ고효율의 냉각팬을 구동하면 출력 30% 이상 증가

 * 변압기 권선온도에 대응하여 냉각팬의 구동, 경보 등의 기능을 가지는 온도계전기 구비

 * 자동/수동 제어용 절환 스위치, 자동제어용 부속장치를 내장시킨 내구성 제어함 구비

 

변압기의 결선방식과 특성

 

1) Y-Y 결선방식 

가). 적용부분 : 50KVA이하로 중성점이 필요없는 계통의 결선방식, 

변압기의 정격전압 = 선간전압의 1//3배

나) 장점

- 중성점을 접지할 수 있으므로 단절연 방식을 채택할수 있어 절연등급이 높아지지 않아 22.9KV 다중접지 선로에 적용

- 상전압 = 선간전압의 1//3 ( 고전압의 결선에 적합)

- 변압비. 권선 임피던스가 서로 틀려도 순환전류 흐르지 않습니다.

단점 : 제3고조파 여자전류의 통로가 없어 유기전력의 제3고조파가 중성점의 접지선을 통하여 통신선에 전자유도장해

 

2) Y-△ 결선방식 

가-1) 적용부분 : 75KVA이상으로 중성점이 필요없는 부분에서의 결선방식, 1차권선 전압이 선간전압의 1//3이므로 감압용에 적당. (우리나라 TR. CT. PT는 모두 권선방식이 감압용)

 

△-Y 결선방식

가-2) 적용부분 : 저압 측에 중성점이 필요한부분에 사용. 주로 제어전원을 사용하기위해서 Y결선을 사용. 2차권선 전압이 선간압의 1//3이므로 승압용에 적당

 

나) 장점 : △-△결선과 Y-Y결선의 장점 공유 

     단점 : Y-△결선 및 △-Y결선에서는 30。의 위상변위가 생기며 이 위상변위의 차이가

              단락 사고로 발전하여 변압기가 소손되거나 전원 측의 과전류차단기 동작

 

3) △-△ 결선방식 

가) 적용부분 : 75VKA이상으로 저압-저압의 용량으로 보통보다 큰 규모에 적용

나) 장점 

- 제3고조파 여자전류가 △결선 내를 순환하므로 정현파 교류전압을 유기하여 기전력이 왜곡을 일으키지 않는다

- 1상이 고장나도 나머지의 2개로 V결선을 하여 사용할 수 있다.

- 각 변압기의 상전류가 선전류의 1//3이 되어 대전류에 적합

단점 : 중성점을 접지할 수 없으므로 지락사고의 검출이 곤란하고, 변압비가 다른 것을 결선하면 순환전류가 흐른다.

- 각 상의 권선임피던스가 다르면 3상부하가 평형이 되어 있어도 변압기의 부하전류는 불평형 발생

 

4) V-V 결선방식 

△-△결선에서 1상을 제외한 것으로 현재는 경부하이지만 장래 부하증가가 예상되는 경우나 △-△결선에서 변압기 1대 이상 발생시(1상고장시) 나머지 2대의 변압기로 응급 처치할 경우 쓰인다. 그러나 이용율이 나쁘고 전압강하가 불평형하게 되므로 1차측에 평형전압을 가해도 부하시의 2차측 전압은 불평형이 된다.

 

5) Y- 지그재그접속

1. 2차측 모두 중성점이 필요한 경우. 각 변압기에 제3의 권선(3차권선)을 삽입하여 이를 △접속시켜 제 3고조파 여자전류를 순환시키는 방법이고, 또 2차권선을 둘로 나누어 다른 변압기의 권선을 직. 병렬로 연결하여, 제3고조파 여자전류는 각각 서로 상쇄되어 외부에 나타나지 않는다.