변압기 이론

변압기 이론

1. 변압기

변압기(TRansformer : TR)란 전자세력을 매개로 전자유도 작용에 의하여 한쪽의 권선에 공급한 교류전기를 다른 쪽의 권선에 동일주파수의 교류전기로 전압을 변환하는 정지 유도기기로서 적어도 2개 이상의 전기회로를 구성하는 권선들과 한 개의 공통된 자기회로를 이루는 철심 및 절연유 등의 절연물로 구성된다. 변압기는 사용장소에 따라 증폭기 등에 사용되는 소형변압기, 배전선로 전주 위에 설치되는 주상변압기 및 발전소, 또는 변전소 등에 설치되는 전력용변압기 등으로 나눌 수 있으며 그 외에도 사용목적에 따라 시험용변압기, 접지변압기, 정류기용변압기, 전기로용변압기, 방폭형변압기 등이 있으나 상세한 분류는 다음에 설명하기로 한다.

2. 변압기의 용도

변압기의 기본적인 용도는 고압, 소전류의 전력을 동일주파수의 저압, 대전류의 전력으로 변환하거나, 또는 이와 반대로 저압, 대전류의 전력을 동일주파수의 고압, 소전류의 전력으로 변환하는데 있다. 이 목적을 위하여 송배전계통에서부터 가정의 TV 등에까지 넓게 사용되며 그 크기, 종류 등은 천차만별이다. 변압기는 이와 같은 기본적인 용도 외에 다음과 같은 목적에도 사용된다.

ㅇ 1차회로와 2차회로의 절연 : 이 목적에 사용되는 변압기를 절연변압기라 한다.

ㅇ 전압, 전류 측정용의 변성기 : PT, CT 등을 말한다.

ㅇ 상수 변환 : 두 단상변압기를 사용하여 3상에서 2상을 얻을 수 있는데 이 결 선을 스코트 결선이라 한다. 또 3개의 단상변압기를 사용하여 3 상에서 6상 등의 상변환도 가능하다.

ㅇ 임피이던스 정합 : 이 목적에 사용하는 변압기가 부하에 주어지는 전력을 최 대로 하기 위하여 설치하는 정합변압기이다.

3. 변압기의 분류

1) 상수에 의한 분류

ㅇ 단상 변압기

ㅇ 3상 변압기 : 3상 변압을 하려면 다음 두 가지 방법이 있다.

- 단상변압기 3대를 사용한다(2대를 사용하는 경우도 있다.).

- 3상변압기를 사용한다. 이 방법이 변압기가 소형, 경량 및 경제성이 있어 일반적이나 고장시 계통에서 변압기용량 전부가 제거되는 결점이 있다.

2) 내부구조에 의한 분류

① 내철형(Core Type)
두 개의 전기회로와 한 개의 자기회로로 구성되며 권선에 대하여 철심이 내측에 있다. 세 개의 철심각으로 구성된 것도 있는데 이것은 중앙에 있는 철심각에만 권선되어 있어 외철형 같지만 중앙각만 보면 내철형의 하나의 각과 같으므로 특히 내철형으로 부르는 경우도 있다. 일반적으로 내철형은 동기계라 불리며 권회수가 많고 철심이 적다. 이 형은 낮은 자기저항을 가지며 누설자속이 외철형보다 크다. 구조상 절연이 용이하여 고전압, 대용량 변압기에 쓰는 경우가 많다.
② 외철형(Shell Type)
한 개의 전기회로와 두 개(또는 2 이상)의 자기회로로 구성되며 권선에 대하여 철심이 외측에 둘러싸여 있다. 외측에 여러 개의 자기회로가 있는 분포철심형은 외철형의 일종이다. 외철형은 철기계라 불리며 권수가 적고 철심이 크다. 내철형에 비하여 누설자속이 적고 기계적으로 튼튼하다. 대전류의 전기로용에는 외철형을 쓰는 경우가 많다.
③ 권철심형(Wound Core Type)
한 개의 긴 동대를 말아서 철심을 만든 것으로 다른 형의 성층구조보다 경제적이다. 이 형에서는 넓은 단면적중 단 한 개의 짧은 공극만이 있어 전자로가 유효하며 자속방향이 동판을 감은 방향과 일치할 때 철손이 감소하고 투자율이 증가하는 장점이 있다.

3) 냉각방식에 의한 분류
변압기의 모든 철손은 권선과 철심에서 열로 방산된다. 이 철손은 비교적 적지만 적절한 냉각방식을 갖추지 않으면 과열되어 불안정한 고온에 도달한다. 대부분의 변압기에서 철심, 또는 권선에 대한 단위용량당의 허용전력손실은 비교적 낮은 값으로 제한된다.
열은 방사, 대류와 전도의 세 법칙으로 방산되지만 방사와 대류가 그 대부분을 차지한다. 변압기 발열량은 체적에 비례하여 발생하며 치수의 3승에 비례하나 냉각면적은 2승에 비례하므로 용량이 커질수록 체적과 냉각면적의 차이가 더욱 커져 냉각에 어려움이 생기고 이것이 중요한 문제로 된다.
소형변압기에서는 표면이 평탄하여도 열방산이 잘 이루어지나 변압기가 커지면 (체적/냉각면적)에 의하여 열방산이 어려워진다. 변압기용량이 커지면 열방산을 잘 하기 위하여 변압기함 표면이 평면형에서 유구형, 방열관형, 방열기형으로 되고 아주 대형에서는 결국 인공적인 냉각방식이 채용된다. 변압기 냉각방식을 대별하면 다음과 같다.
① 건식 자냉식(Air Cooled Type : AN)
특별한 냉각방식을 취하지 않고 공기의 자연대류에 의하여 방열한다. 20㎸A 정도 이하의 계기용변성기나 전압이 비교적 낮은 소용량변압기에 채용된다.
② 건식 풍냉식(Air Blast Type : AF)

변압기를 절연유속에 넣는 대신에 철심이나 권선 각층에 마련된 특수 통풍기에 강제로 전동송풍기를 사용하여 송풍함으로서 열을 방산하는 방식이다. 이 방식은 깨끗한 공기와 송풍기, 그리고 냉풍의 균등한 분포를 위한 특수장치가 필요하다. 근래 유리섬유를 내열내수성의 규소수지로 처리한 H종절연을 사용하게 되었고 변압기유에 의한 화재를 특히 방지할 필요가 있는 장소, 예를 들면 지하철이나 고층건물의 지하실변전소, 또는 전기로용변압기 등에 사용된다. 고가인 것이 결점이며 25㎸A 이하에서 사용된다.
③ 유입 자냉식(Oil-immersed Self-cooled Type : onAN)

절연유가 채워진 외함 속에 변압기 본체를 넣는다. 기름의 대류작용으로 열이 외함에 전달되고 외함에서 방사, 대류, 전도에 의하여 외기에 방산되는 방식으로 가장 널리 채용되고 있다. 15㎸A까지의 주상변압기에서는 외함이 평활하지만 20㎸A 이상이 되면 방열면적이 부족해지므로 외함에 핀(Fin)을 붙이거나 파형철판의 외함을 사용한다. 용량이 더욱 커지면 파형철판 대신에 방열관을 외함에 용접하거나 방열기(Radiator)를 붙인다. 방열기는 조립과 분해가 용이하고 수송이 편리하여야 한다.
방열기식은 설치면적이 커지는 결점이 있지만 설비가 간단하고 보수가 용이하므로 60,000～70,000㎸A 정도까지 제작되고 있다. 그러나 가격면에서는 20,000～30,000㎸A 이상이 되면 송유식이 유리하다.
④ 유입 풍냉식(Oil-immersed Air Blast Type : onAF)

유입자냉식의 방열기에 송풍기를 달고 강제냉각하는 방식이다. 자냉식에 비해 20 ～30%의 용량증가가 가능하다. 부하율이 낮을 때는 송풍기를 정지시키고 정격의 70% 부근에서 송풍기에 의한 자동운전을 하면 유리하다. 그러나 송풍기의 소음에 주의하여야 한다.
⑤ 유입 수냉식(Oil-immersed Water-cooled Type : onWF)

이 방식은 외함의 상부에 나선형의 냉각관을 두고 냉각수를 순환시켜서 기름을 냉각하는 방식이다. 물이 풍부한 수력발전소나 화학공장 등에 많이 사용되었지만 냉각방식의 진보에 따라 현재는 그 사용이 줄어들었다. 이 방식에서는 냉각관의 부식, 침전물의 부착, 냉각수의 동결 등의 장해가 생기기 쉬운 결점이 있다.
⑥ 송유 풍냉식(Forced-oil Blast Type : OFAF)

절연유를 기름펌프를 사용하여 다른 냉각기로 가져가 송풍기로 강제 냉각시키고 다시 외함 속에 송유, 순환시키는 방식이다. 냉각효과가 좋고 치수, 중량이 적어지므로 근래의 고전압 대용량 변압기는 이 방식이 많다. 그러나 기름펌프를 사용하므로 보수상 주의를 요한다.

⑦ 송유 수냉식(Forced-oil Water-cooled Type : OFWF)

송유수냉식은 송유풍냉식의 풍냉 대신에 수냉을 채용한 방식으로 냉각효과가 크다. 유입수냉식과 달리 하수나 해수의 사용도 가능하나 유입수냉식과 같이 냉각기의 고장이 염려되어 근래에는 별로 사용되지 않는다.

다음 표는 대용량변압기의 각 냉각방식에 대한 제품 중량비의 개략치이다.

변압기 중량 비교

냉각 방식	중량비[%]	비 고
유입자냉식	100	변압기 전압과 용량 60～140㎸ 30,000㎸A 정도
유입풍냉식	97
유입수냉식	95
송유풍냉식	85
송유수냉식	83

4) 용량에 의한 분류

ㅇ 소형 변압기 : 50㎸A 이하

ㅇ 중형 변압기 : 75～500㎸A

ㅇ 대형 변압기 : 500㎸A 이상

5) 극성에 의한 분류

ㅇ 감극성 변압기

ㅇ 가극성 변압기

 

 

4. 변압기의 구조

1) 철 심

변압기는 전기회로(동부분)와 자기회로(철부분)로 구성된다. 자기회로를 구성하는 자기철심은 철심에서의 와류손을 적게 하기 위하여 규소강판을 성층(Lamination)하고 여러가지 형으로 성형된다. 성층철심의 종류는 변압기의 내부구조에 의한 분류에서 설명한 바와 같다.

철심 속의 자속이 시간에 따라 변화하면 와류손과 히스테리시스손이 생긴다. 철의 규소함유량과 플림(Annealing)은 히스테리시스손을 결정하는 중요한 요인이 된다. 약 4% 정도의 규소함유량을 가진 가온처리된 규소강판이 자장 좋은 재료에 속한다. 일반적으로 규소함유량이 증가하면 투자율과 전기저항이 증가하여 좋은 자성체가 형성되나 4%가 넘으면 재료가 부러지기 쉽고 가공공정이 어려워진다. 변압기 철심은 가공부분이 적으므로 4% 정도의 고규소강판이 사용된다. 이 규소강판의 두께는 사용목적과 주파수에 따라 다르며 60㎐에서 0.35㎜, 25㎐에서 0.50㎜이다. 보통의 규소강판은 열간압연으로 압연되지만 이것을 강한 냉간압연으로 하면 압연방향에 우수한 자기특성을 가지게 된다. 이것을 이용하여 띠모양(대상)의 긴 강판(폭 540～740㎜)으로 만들어 원통형으로 감는다. 이것을 방향성규소강판이라 한다.

전류의 흐름을 방지하기 위한 표면절연은 소용량에서는 규소강판 표면에 성형시킨 산화피막을 이용하지만 대용량에서는 바니스나 물유리를 소부하거나 종이를 붙인다. 높은 자속밀도에서는 규소강판의 표면 산화피막이 철손을 증가시킨다는 것이 판명되어 산세척 등으로 이것을 제거하고 무기질의 절연피막을 붙여 사용하는 경향에 있다.

내철형에서 철심은 규소강판을 구형편으로 잘라 이어지는 곳이 한 곳에 몰리지 않도록 성층한다. 용량이 커지면 강판의 폭을 대소 여러 종류로 나누고 조립한 철심의 주변에 원통형 코일이 내접하도록 단을 둔다. 용량이 더욱 커지면 내부에서의 과열을 막기 위하여 강판사이에 간극편(Spacer)을 넣어 10㎜ 정도의 유도를 만든다. 철심은 절연된 볼트로 조인다. 대형변압기에서는 조립된 철심에 원통형 코일을 끼워 넣고 상부의 수평부분에는 구형 강판편을 여러 장씩 쌓고 이어지는 곳이 한 곳에 몰리지 않게 차례차례 교대로 끼워진다. 내철형에서는 방향성 규소강판을 사용할 때 압연방향과 그의 직각방향에서는 자기특성이 매우 달라지므로 액자형으로 한다.

외철형의 조립은 권선외측에 강판을 적층한 것이다. 소형의 경우는 대소 두 종류의 E자형 강판을 권선에 대하여 차례차례 교대로 끼워 넣는다. 중용량의 경우는 권선 양각주위에 강판을 적층하되 강판이 이어지는 곳이 서로 교대로 나타나도록 한다.

방향성규소강대를 권선주위에 감은 권철심형 구조로 하면 강판구형편을 적층한 철심에 비하여 여자전류와 철손이 매우 감소한다. 그리고 권철심을 만들어 둘로 절단한 것을 커트코어(Cut Core)라 하며 권선에 코어를 끼워 넣은 다음 절단면을 접착제로 접착한다.

2) 권 선

변압기 권선에는 동선, 또는 동각선이 사용되며 전류용량이 클 때는 큰 단면적을 필요로 한다. 도체내의 와류손을 감소시키기 위하여 단일도체보다는 단면적이 적은 여러개의 동선이나 동각선을 병렬로 사용한다. 이 병렬로 된 여러 개의 동선은 위치에 따라서 길이와 쇄교자속수가 달라져 리액턴스가 달라지므로 전위(Transposition)를 하여 리액턴스의 부동을 시정한다. 도체피복의 절연정도는 사용전압의 크기에 따라 결정된다.

권선에는 직접권형과 형권형의 두 가지가 있다. 직접권형 권선은 철심각 위에 대지절연을 한 다음 저압권선을 직접 감고 사용전압에 따라 절연을 한다. 그리고 그 위에 고압권선을 감는다. 마지막에 단철로 자로를 완성시키고 ㄱ형강 등으로 철심을 조인다. 그러나 용량이 커지면 제작이 곤란하므로 내철형 배전용변압기 외에는 별로 사용되지 않는다.

형권형 권선은 목제의 권형, 또는 절연통 위에 코일을 감고, 절연처리를 한 다음 조립하는 것으로 보통 변압기는 모두 이 방법이 채용된다.

권선의 배치에는 동심배치와 교체배치가 있다. 동심배치는 내철형에 많이 사용되며 각종 원통코일을 사용한다. 원통코일을 동심적으로 여러 층 겹친 다중코일이 많이 사용된다. 원판코일은 대용량 고압권선에 가장 많이 채용되는데 두께 1～4㎜, 폭 5～15㎜의 종이를 감은 동각대를 감아 겹친 것을 섹숀(Section)이라 하며 이 섹숀 2장을 접속하여 한 조로 한 것을 쌍코일이라고 한다. 이 쌍코일에 간극편을 끼워 많이 쌓고 외부로 나가는 리드선을 직렬로 접속한 코일을 원판코일이라고 부른다. 다수의 병렬 각동대를 겹치고 한 권마다(권회간) 절연물을 넣고 나선형으로 감아 올린 것을 헤리칼코일(Helical Coil)이라 부르며 대전류용에 사용된다. 이들 코일은 전압, 전류의 크기에 따라 제작되며 대부분의 경우는 저압측 코일을 철심 가까이에, 고압측 코일을 그 위에 배치한다.

교체배치는 주로 외철형에 채용되며 구형의 판상코일을 만들고 극간 절연판을 끼운 다음 고압과 저압을 교대로 배치, 조립한 것이다.

절연은 변압기 구성중 가장 중요한 부분으로 절연재료로서는 절연유, 종이, 프레스보드(Pressboard), 테이프 등이 그 주체가 된다.

도체 한 권의 절연을 권회간 절연이라고 하며 이 절연에는 에나멜이나 2중 면권이 많고 전압이 높아지면 마닐라지를 사용한다. 원판코일을 사용하는 대용량 고전압이 되면 마닐라지로 감고, 또 간극편을 두어 절연유에 의하여 절연과 냉각 두 작용을 하게 한다.

고압 배전용변압기에서는 코일이 동심적으로 여러 층이 되므로 코일의 한 층마다 그래프트지, 또는 마닐라지 등을 넣어 절연한다. 이와 같은 절연을 층간절연(Layer Insulation)이라 한다. 대용량에서 원통형 코일을 여러 층 겹쳐 사용하는 것에는 층간절연이 필요하다. 그리고 권선과 철심간, 1차와 2차권선간의 절연은 그 전압의 크기에 따라 적당한 절연을 하지만 고전압이 되면 절연내력이 큰 그래프트지로 만든 성층절연통을 여러 개 사용한다. 권선단 절연과 상하 계철과의 절연에는 절연지로 만든 형절연환(Flange Colour) 등을 사용한다. 또 배전용변압기에서는 고압권선과 저압권선 사이에 접지한 엷은 금속판을 두어 고전압 권선간의 혼촉위험을 방지한 혼촉방지 변압기가 있다. 이 변압기는 저압측의 1선접지를 싫어하는 광산이나, 조선소 등에서 사용된다.

고압변압기에서 코일의 끝부분에는 특별한 절연이 필요하다. 왜냐하면 변압기에 스위치를 넣는 경우나 선로에 서어지(Surge)가 생긴 경우 변압기 권선과 다른 부분과의 분포용량이 작용하여 권선 끝부분에 아주 큰 전압왜력이 가해지기 때문이다. 이런 현상은 권선 양단의 어느 한쪽 끝에서도 일어나므로 과도기간중 권선을 보호하기 위하여 권선 끝부분 10% 가량은 특수절연을 한다.

3)변압기유

변압기의 절연과 냉각을 위하여 변압기유가 사용되므로 그의 선택은 매우 중요하다. 변압기유에 요구되는 특성은 다음과 같다.

ㅇ 절연내력이 높을 것.

ㅇ 수분과 불순물이 없을 것.

ㅇ 산성, 알칼리성 및 유황이 없고, 화학적으로 안정할 것.

ㅇ 점도가 낮아 냉각작용이 양호할 것.

ㅇ 이화성과 응고점이 낮을 것.

ㅇ 각종 재료를 침식하지 말 것.

위의 요구에 대하여 현재 가장 많이 사용되는 것이 원유를 증류하여 충분히 정제한 석유계의 광유이다.

우리나라에서는 한국산업표준규격(KS)으로 절연유를 규정하고 있다. 그중 2호유는 일반 변압기유이고, 3호유는 한냉지에서 사용해서는 안된다. 그리고 어느 것이나 절연파괴 전압은 지름 12.5㎜의 구상전극을 2.5㎜의 공극을 떼어놓았을 때 실효치 30㎸ 이상이라야 한다.

변압기유로서 근래 비교적 많이 사용되는 것에 불활성 합성절연유가 있다. 이것은 합성수지계통에서 만들어진 유기탄화수소의 비가연성 합성물로서 탄화수소 분자에서 수소를 염소로 대치시킨 것이다. 이것은 유전율이 매우 높으며 섬유질의 유전율과 거의 같다. 절연내력은 광유보다 높다. 이 절연유가 피라놀(Pyranol)이라는 상품명으로 팔리고 있다. 이 변압기유는 고층건물, 광산, 도시 변전소 등에 사용되며 광유보다 값이 수십배 가량 비싼 것이 결점이다.

이 외에도 높은 안정성을 가진 것에 실리콘이라 하는 액체 유전물이 있다.

변압기의 외함은 밀폐하지만 부하의 변동이나 주위온도 변화에 따라 외함내의 온도와 부피는 변한다. 이 때문에 외함내외에 기압차가 생겨 공기가 출입한다. 이것을 호흡작용이라 한다. 이 결과 변압기유에 공기중의 습기가 침입하여 절연내력을 저하시킴과 동시에 가열된 기름이 공기중의 산소와 작용하여 불용성 석출물(Sludge)을 생성한다. 이 석출물은 철심이나 코일 위에 침전하여 방열작용을 방해할 뿐만 아니라 기름의 점도를 높여 대류를 나쁘게 함으로 냉각작용을 저하시킨다.

이와 같은 기름의 열화를 방지하는 장치가 콘서베이터(Conservator)이다. 이 장치를 사용하면 공기는 외함내에 출입할 수 없고 콘서베이터내에서 온도가 낮은 기름과 접촉할 따름이다. 또 외부공기가 호흡작용으로 콘서베이터를 출입할 때는 호흡기(Breather)를 거쳐 행한다. 이 때는 염화칼슘, 실리카겔과 같은 탈수제를 채운 통기장치를 둔다. 보통 500㎸A 이상의 변압기는 거의가 다 콘서베이터를 가지고 있다. 그러나 이 장치를 두어도 장시간이 경과하면 산화작용에 의한 열화는 면하기 어렵다. 따라서 일정기간을 정하여 변압기 하부에서 기름을 빼내 표준유 절연시험으로 절연내력을 시험하여 절연내력이 25㎸ 이하가 되면 유여과기(Oil Filter)로 절연내력이 30㎸ 이상이 될 때까지 여과한다.

근래의 대용량 변압기에서는 콘서베이터의 빈 공간에 질소를 봉입하고 완전히 공기와의 접촉을 차단한다. 이것을 질소봉입 변압기라 한다.

또 정제한 기름면 위에 질소가스를 봉입한 다음 외함과 뚜껑을 용접한 변압기가 있다. 전혀 호흡기를 두지 않으며 가스실의 부피를 적당히 하고 외함의 강도를 정한다. 이것이 밀폐형 변압기이며 7,500㎸A 정도까지 제작되고 있다. 이 변압기에서는 기름의 열화는 없는 것으로 보고 그의 교환을 하지 않는다.

안전관(Brusting Tube)은 변압기 본체의 고장으로 외함내의 압력이 갑자기 높아지면, 안전관의 유리판을 밀어 깨뜨려 기름을 분출시키는 장치이나 최근에는 자동복귀형으로 개량되는 추세이다.

4) 부싱(Bushing)

변압기 구조에서 중요한 문제의 하나는 변압기 권선과 외부회로를 어떻게 접속하느냐 하는 것이다. 변압기 권선의 인출선은 부싱에 의하여 외함과 충분히 절연하여 외부에 인출된다. 부싱의 종류는 다음과 같다.

① 단일형 부싱

도체에 단지 애관을 씌운 것으로서 30㎸ 이하에 사용된다.

② 컴파운드 부싱(Compound Bushing)

도체에 절연물을 감고 이것과 자기애관 사이에 절연 컴파운드를 주입한 것으로 70㎸ 정도까지 사용된다.

③ 유입 부싱(Oil Filled Bushing)

도체와 자기애관 사이에 성층절연물의 통을 동심적으로 삽입하고 그 사이 에 절연유를 채운 것으로 고압 변압기용에 가장 많이 사용된다. 절연유의 열화를 방지하기 위하여 근래에는 완전밀봉하여 호흡작용을 시키지 않는 밀봉형 부싱이 제작되고 있다.

④ 축전기형 부싱(Condenser Type Bushing)

도체의 주위에 종이 절연층과 급속박을 교대로 겹쳐 감고 이들간에 동심 원통의 축전기를 형성시킨 것이다. 외측일수록 금속박의 축방향 길이를 짧게 하여 정전용량을 같게 만든 것으로 종이에 걸리는 전위분포가 균 일하게 되어 비교적 가늘면서 충분한 절연내력이 얻어진다.

부싱은 인출선과 외함사이에 누설전류가 흐르지 않게 외부애관에 주름을 많이 두고 있다. 또 이상 전압상승, 또는 뇌전압에 대하여도 적당한 섬 락전압치를 갖도록 제작된다.

5) 절연 계급(Insulation Level)

절연계급이란 전력용 기기 및 설비의 절연강도의 계급을 말하며, 각 절연계급에 대응해서 절연강도를 지정할 때 기준이 되는 기준충격 절연강도(BIL[㎸])가 정해져 있다. 기준충격 절연강도는 계통에서의 뇌전압 진행파의 파고차, 각종 보호장치의 보호능력, 경험, 선례 등을 참고하여 정한 것으로 충격 내전압시험은 이에 따른다. 이와 같은 목적은 기기나 설비의 절연설계를 표준화하고 계통절연의 구성에 통일성을 주기 위함이다. 전력계통 각부의 절연강도는 회로전압의 계급에 따라 보호장치의 유무, 보호능력, 계통의 중요성과 그 지방의 뇌강도를 고려하여 선택하는데 보통 회로의 공칭전압에 맞는 계급을 채택한다.

다음 표는 절연계급별 기준충격 절연강도를 나타낸다.

기준충격 절연강도

접지의 종류	공칭전압 [KV]	절연계급 [호]	뇌시험전압[KV]		사용주파 시험전압[KV]
			전파 (Full Wave)	재단파 (ChoppedWave)
비유효 접지계 (전절연)	3.3 3.3	3A 3B	45 30	55 40	16 10
	6.6 6.6	6A 6B	60 45	70 55	22 16
	11   22     33	10A 10B 20A 20B 20S 30A 30B 30S	90 75 150 125 180 200 170 240	105   170     230	28 28 50 50 50 70 70 70
	66   77	60 60S 70 70S	350 420 400 480	400   460	140 140 160 160
	110   154	100 100S 140 140S	550 660 750 900	630   870	230 230 325 325
유효 접지계 (저감 절연)	110	80	450	520	185
	154	120	650	750	275
	187	140 140S	750 900	870	325 325
	220	170 170S	900 1,080	1,040	395 395
	275	200 200S	1,050 1,260	1,210	460 460
	500	500L 500H	1,550 1,800	1,175 1,175	750 750

6) 정 격(Rating)

정격이란 명판(Name Plate)에 표시된 출력, 전압, 전류 등 그 기계의 사용한도를 나타낸 것이다. 이 정격에는 연속정격(Continuous Rating)과 단시간 정격(Short Time Rating)이 있다 연속정격이란 지정된 조건에서 연속사용하였을 때 지정된 온도상승을 초과하지 않는 정격으로 보통 정격이라 함은 이것을 뜻한다. 단시간정격이란 전기차나 권양기용 전동기와 같이 가변부하용에 대하여 정해진 것으로 예를 들면 2시간 정격이란 상온상태에서 명판에 표시된 것과 같은 부하를 2시간 운전하였을 때 온도상승이 지정된 한도를 넘지 않는 정격을 말한다. 그러므로 같은 출력의 기계에서 단시간정격의 것이 연속정격보다 크기가 매우 적어진다.

변압기의 정격은 ㎸A로 표시된다. 이것은 변압기의 손실이 전류나 전압만에 관계하고 부하역률에는 무관한 까닭이다. 정격출력은 정격 2차전압, 정격 2차전류, 정격주파수 및 정격역률로 2차단자간에서 얻어지는 전력을 말한다. 그리고 정격역률은 별도로 지정되지 않는 한 100%를 취한다.

7) 절연물의 내열구분

변압기는 철심과 동선, 그리고 이들을 서로 절연하는 절연물로 구성되어 있다. 이중에서 절연물은 열에 약하고 고온상태에 있으면 소손까지는 안가더라도 특성이 열화하여 변압기를 사용할 수 없게 된다. 그리하여 절연물의 수명을 10년이나 20년이 되도록 하기 위하여 절연물에는 허용 사용온도가 정해져 있다.

지금 변압기의 주위온도를 40℃라 하면 A종 절연물(유입변압기의 경우는 대부분 이것을 사용함.)에서는 105-40=65℃의 온도상승이 허용된다. 그러나 실제에 있어서는 온도 측정상의 오차를 고려하여 이것보다 5℃, 또는 10℃ 낮게 규격을 정하게 된다. 변압기에서 온도상승을 좌우하는 것은 변압기내에 발생하는 철손과 동손의 열손실 및 이것에 대한 열방산의 양부이다. 어떤 일정한 열방산에 대하여 최종 온도상승을 허용치 이내로 하기 위하여서는 철손과 동손이 어떤 한도내에 있어야 한다. 그런데 주파수가 일정할 때 철손은 거의 전압의 2승에 비례하며 동손은 전류의 2승에 비례한다. 따라서 철손의 관점에서는 정격전압을, 동손의 관점에서는 정격전류를 정하고 이들의 적으로 변압기의 용량을 정하고 있다.

다음 표는 절연물의 내열구분을 나타낸다.

절연물의 내열구분

절연물의 종류	최고허용 사용온도[℃]	주요 재료
Y	90	면, 견, 지
A	105	면, 견 등에 기름을 함침시킨 것
E	120	에폭시 수지
B	130	유리섬유+합성수지
F	155	유리섬유