모 장비에서 사용하고 있는 단권변압기의 2차측 대지전압이 1차측 대지전압에 대해 어떤 관계를 가지고 있을지 궁금해서 주요 단자의 대지전압을 측정해 보았다.
단권변압기란, 1-2차측 권선의 일부가 공용으로 사용되어 변압기의 1-2차측이 전기적으로 서로 연결된 변압기이다.
단권변압기는 동일 용량 대비 변압기의 크기를 줄일 수 있어서, 1-2차간 절연이 필요없는 경우 사용된다. 특히 1-2차간 전압 차이가 줄어들수록 동일 부하용량대비 변압기의 크기가 줄어들며 손실도 적어진다.
단권변압기는 위와 같은 형태로 나타내며, 변전소 등에서 사용되는 전력용 변압기는 대부분 단권변압기이다.
위의 사진은 모 변전소에 설치된 단권변압기의 명판이다.
이 변압기에는 부하시 탭 절환기(OLTC, On Load Tap Changer) 가 설치되어 있어서 각 탭별 정격전압도 표기되어 있다.
480V 계통에서 220V 를 얻기 위한 단권변압기 이다.
용량은 3kVA 이고, 2012년에 제작된 변압기이다.
먼저 1차측 전압을 측정해 보았다.
전압강하 때문인지, 461V 가 측정된다. 이 전압은 전원의 선간전압이다.
1차측 한 단자의 대지전압을 측정해 보았다. 이 전압은 전원의 상전압이다.
268V 가 측정된다.
1차측의 나머지 단자의 대지전압을 측정해 보니 269V 가 나온다.
269V * 1.73 = 465.37 인데, 461V 가 측정되었다. 수식과 맞지 않는 것은 전압이 1~2V 씩 계속 변화하고 있기 때문이다.
2차측 한 단자의 대지전압을 측정해 보니 267V 이다.
1차측 0V 단자와 연결되었을 것이므로 1차측 0V 단자와 거의 비슷한 대지전압이 나온다.
1차측 0V 단자와 2차측 0V 단자를 측정해보니 0.629V 이다.
1-2차측 0V 단자를 연결하면서 변압기를 반바퀴 거쳤기 때문에 기전력이 생성되었다.
2차측 전압은 222V 이다.
1차측 480V 단자와 2차측 230V 단자를 측정하니 1-2차 전압 차 만큼의 전압이 측정된다.
이제 알아보려고 했던 2차측 단자의 대지전압을 측정해 보았다.
134.2V 이다.
즉, 2차측은 0V 측이 대지와 268V 정도의 전위차가 있고, 230V 측이 대지와 134V 의 전위차가 있는 것이다.
민감한 가전제품을 연결한 경우, 268V 를 과전압으로 인식해서 고장날 수도 있으며, 대지와의 전압차 때문에 전자회로에 악영향을 끼칠 수도 있다.
3상 전압과의 관계도를 간단히 그려보았다.
461V 는 1차측 선간전압이고, 268V, 269V 는 상전압이다. 3상 델타결선의 2가닥만 연결되어있기 때문에 노란색 부분의 전압은 알 수 없다.
검은색 부분이 변압기의 1 차에 걸린 전압이고, 222V 측이 1-2차 권선이 공통으로 연결된 부분의 전압, 240V 부분이 1차측 권선만 있는 부분의 전압이 된다.
센터탭은 아니지만, 중간점의 대지전압은 134V 인데, 실제 도형의 각 변의 길이와 같다.
이를 응용하면, 3상 220V-380V 에서 한 상이 결상되었다면, 3상의 부하 중에 1상에만 380V 가 걸리고, 나머지 2상은 서로 직렬연결되어 각각의 부하에는 190V 가 걸리게 될 것이다. 그리고 결상된 상은 380V 단상 부하의 센터탭을 낸 것과 같게 되어 대지전압(상전압)은 약 110V 가 된다. (부하가 평형인 경우)
부하가 없는 상태에서 결상된 경우 결상된 상이 0V 가 되겠지만, 부하가 연결된 경우 결상이 되어도 전압이 측정된다는 사실을 알아두면 설비 관리에 도움이 될 것 같다.
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