변압기는 전력을 변환하고 전력을 공급하는 중요한 전기 장치 중 하나입니다. 특히 부하가 증가하여 변압기의 용량이 정격을 초과할 경우, 새로운 변압기를 기존의 변압기와 병렬로 운전함으로써 전체 시스템의 안정성을 유지할 수 있습니다. 이러한 과정을 병렬 운전이라고 합니다. 이 글에서는 변압기의 병렬 운전에 대한 개념과 병렬 운전을 위한 조건에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
변압기의 병렬운전이란?
병렬 운전은 부하의 증가로 인해 변압기의 용량이 한 변압기로는 충분하지 않을 때, 새로운 변압기를 추가하여 기존의 변압기와 함께 운전하는 것입니다. 이렇게 하면 전체적인 전력 용량을 확장할 수 있어 시스템의 효율성을 유지하고 안정성을 확보할 수 있습니다. 각 변압기는 정상적인 병렬 운전 시 다음과 같은 특성을 유지합니다.
용량 분담: 각 변압기는 그 용량에 비례하여 부하를 분담합니다.
전류 분담: 각 변압기에 대한 전류의 대수합은 항상 전체 부하 전류와 일치합니다.
폐회로 순환 전류 없음: 병렬로 연결된 각 변압기의 폐회로에 순환 전류가 흐르지 않습니다.
변압기의 병렬운전 조건
1. 극성이 같아야 한다.
- 가장 중요한 것은 각 변압기의 전압 극성을 일치시키는 것입니다. 극성을 잘못 접속하면 폐회로에 큰 순환 전류가 흐르고 변압기가 손상될 수 있습니다.
2. 권수비, 1차와 2차의 정격 전압이 같아야 한다.
- 권수비가 다르면 2차 유도 기전력의 크기가 서로 다르게 되어 2차 권선의 폐회로에 순환 전류가 발생하며 권선이 손상될 수 있습니다.
3. 각 변압기의 임피던스가 정격용량에 반비례하여야 한다.
- 두 변압기에 흐르는 전류와 임피던스의 관계는 다음과 같습니다.
- 위 식에서 숫자 1, 2는 1번 변압기, 2번 변압기를 의미하는 것이지 변압기 1차와 2차를 뜻하지 않습니다.
- 각 변압기가 용량에 비례하여 부하를 분담하려면 각 변압기의 임피던스가 정격 용량에 반비례하여야 합니다.
4. 각 변압기의 저항과 리액턴스의 비가 같아야 한다.
- 병렬 운전 시 각 변압기의 저항과 리액턴스의 비가 같아야 합니다.
- 예를 들어, 100[kVA] 단상 변압기 1대와 200[kVA] 단상 변압기 1대를 병렬 운전하여 150[kVA] 부하에 전력을 공급하는 경우, 100[kVA] 용량의 변압기는 50[kVA]의 부하를 분담하고, 200[kVA] 용량의 변압기는 100[kVA]의 부하를 분담합니다. 이때, 100[kVA] 용량의 변압기 임피던스가 1[ Ω ]이라면 200[kVA] 용량 변압기의 임피던스는 0.5[Ω]이어야 합니다.
5. 3상 변압기인 경우 상회전 방향과 위상 변위가 같아 한다.
- 그렇지 않으면 순환 전류가 발생할 수 있습니다.
표로 정리해보겠습니다.
결론
이렇게 병렬 운전 조건을 만족함으로써 안전하게 변압기를 운전할 수 있고, 각 변압기가 적절하게 부하를 분담하여 전체 전력 시스템의 안정성을 확보할 수 있습니다.
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