변압기 1차와 2차 전압의 위상관계는 어떻게 결정되나요?

Question

변압기 점검이나 결선 작업을 하다 보면 단순히 1차 전압을 낮추거나 높이는 것뿐만 아니라 2차 측의 위상관계도 중요하다는 것을 알게 됩니다. 같은 변압기라도 결선 방식에 따라 2차 전압의 위상이나 중성점 구성이 달라질 수 있다고 하는데 정확히 어떤 원리인지 궁금합니다. 특히 Y결선과 Δ결선이 실제 배전이나 설비 운전에서 어떤 차이를 만드는지도 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.

변압기의 1차와 2차 위상관계는 권선의 결선 방식과 극성에 따라 결정됩니다. Y결선은 중성점을 구성할 수 있어 단상 부하와 3상 부하를 함께 사용하는 배전계통에 활용하기 좋고, Δ결선은 3상 부하 공급에 적합하며 영상전류가 변압기 내부에서 순환할 수 있다는 특징이 있습니다. 실제 현장에서는 부하 종류뿐 아니라 접지방식, 중성선 필요 여부, 계통의 고조파와 불평형 등을 고려해 결선 방식을 결정합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

변압기 1차와 2차 전압은 위상관계는 권선의 감긴 방향과 1차 2차의 결선 방식에 의해 결정됩니다.

단상 변압기에서는 권선의 극성에 따라 1차와 2차 전압이 같은 방향이 될 수도 있고 반대 방향이 될 수도 있습니다. 3상 변압기에서는 여기에 Y결선과 Δ결선 조합이 더해지면서 1차와 2차 사이에 위상차가 생길 수 있습니다. 그래서 변압기 명판에는 보통 벡터그룹으로 위상관계를 표시합니다.

Y결선은 세 권선의 한쪽 끝을 공통으로 묶기 때문에 중성점을 만들 수 있다는 장점이 있습니다. 그래서 3상 4선식으로 사용하거나 단상 부하를 함께 공급해야 할 때 유리합니다. 반면 Δ결선은 중성점은 없지만 3상 부하에 적합하고, 일부 고조파 전류가 Δ 내부에서 순환할 수 있다는 특징이 있습니다.

Y-Δ나 Δ-Y처럼 서로 다른 결선을 조합하면 일반적으로 1차와 2차 사이에 30도 위상차가 생길 수 있습니다. 이 위상차는 변압기를 병렬 운전하거나 여러 계통을 연결할 때 매우 중요합니다. 위상관계가 맞지 않는 변압기를 병렬로 연결하면 큰 순환전류나 단락과 비슷한 사고가 발생할 수 있습니다

현장에서는 변압기 결선도, 명판의 벡터그룹, 상순서와 중성점 구성을 확인하고 필요하면 위상관계 시험을 실시합니다.

즉, 변압기의 전압 크기는 권수비로 결정되고, 1차와 2차의 위상관계는 권선 극성과 Y·Δ 결선 방식으로 결정된다고 이해하면 됩니다. Y는 중성점 확보에 유리하고, Δ는 3상 부하와 고조파 처리 측면에서 장점이 있다고 보면 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 김경환 전기기사입니다.

변압기는 전자유도 작용으로 1차 권선의 전압 변화가 2차 권선에 전달이 됩니다. 이 때 기본적으로 같은 철심에 감긴 권선의 극성과 감는 방향에 따라 1차와 2차 전압 사이의 위상차가 발생하게 됩니다. 3상 변압기에서는 여기에 권선을 어떻게 결선하느냐가 추가로 영향으로 주게 되는데 결선 방식에 따라서 선간전압과 상전압의 관계가 달라지게 되죠.