전기기기에서 변압기 병렬운전 조건을 맞춰야 하는 이유는 무엇인가요?

Question

전기기사 전기기기와 전력공학을 공부하다 보면 변압기를 병렬운전할 때 극성, 권수비, 퍼센트 임피던스, 위상각, 주파수 등을 맞춰야 한다고 배웁니다. 변압기를 병렬로 연결하면 부하를 나누어 공급할 수 있고, 한 대가 고장나거나 점검할 때도 다른 변압기로 일부 부하를 공급할 수 있어 장점이 많다고 들었습니다. 그런데 병렬운전 조건이 맞지 않으면 순환전류가 흐르거나 부하분담이 불균형해진다고 하는데, 이것이 정확히 어떤 의미인지 궁금합니다. 특히 권수비가 조금만 달라도 왜 전압 차이 때문에 전류가 흐르는지, 퍼센트 임피던스가 다르면 왜 한쪽 변압기에 부하가 몰리는지 알고 싶습니다. 또한 삼상 변압기에서는 결선 방식과 위상각이 맞지 않으면 병렬운전 자체가 위험하다고 하는데 실제로 어떤 문제가 생기는지도 궁금합니다. 실무적으로 변압기 병렬운전 전에는 어떤 항목을 반드시 확인해야 하는지 자세히 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

변압기 병렬운전 조건을 맞춰야 하는 이유는 내부에서 전위차가 생겨 쓸데없는 순환전류가 흐르는 걸 막기위함이죠. 그리고 부하를 용량에 맞게 골고루 나눠 갖기 위해서예요. 권수비가 다르면 전압 차가 생겨서 무부하 상태에서도 전류가 뱅뱅 돌아 과열될 수 있습니다. 그리고 임피던스가 안 맞으면 한쪽만 과부하가 걸려 터질 수 있습니다. 특히 삼상은 위상이 틀어지면 단락 사고나 다름없는 대전류가 흐르게 됩니다. 그러니 투입 전 극성과 결선 확인은 필수예요.

Answer 2

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

결론부터 말씀드리면 변압기 병렬운전 조건을 맞추는 이유는 변압기 사이에 불필요한 순환전류가 흐르는 것을 막고, 부하를 각 변압기 용량에 맞게 안정적으로 나누기 위해서입니다. 변압기 병렬운전은 여러 대의 변압기를 같은 모선에 연결해 부하를 함께 공급하는 방식입니다. 이 방식은 공급 신뢰도를 높이고 부하 증가에 유연하게 대응할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 조건이 맞지 않으면 오히려 큰 사고로 이어질 수 있습니다.

가장 기본이 되는 조건은 극성입니다. 극성이 맞지 않으면 변압기 2차측 전압이 서로 반대 방향으로 연결되는 것과 같아져 큰 단락전류가 흐를 수 있습니다. 이는 매우 위험하므로 병렬 투입 전에 반드시 극성 확인이 필요합니다. 다음은 권수비입니다. 권수비가 다르면 2차 전압 크기가 달라집니다. 두 변압기를 병렬로 연결했을 때 한쪽 2차 전압이 조금이라도 높고 다른 쪽이 낮으면, 부하가 없어도 높은 전압 쪽에서 낮은 전압 쪽으로 전류가 흐릅니다. 이것이 순환전류입니다. 순환전류는 부하에 공급되는 전류가 아니라 변압기 사이를 도는 불필요한 전류이기 때문에 손실과 발열만 증가시킵니다.

퍼센트 임피던스도 중요합니다. 병렬운전 시 부하는 각 변압기의 임피던스에 반비례해서 나누어집니다. 퍼센트 임피던스가 작은 변압기는 전류가 더 많이 흐르기 쉽고, 퍼센트 임피던스가 큰 변압기는 상대적으로 부하를 적게 부담합니다. 따라서 용량이 비슷해도 임피던스가 맞지 않으면 한쪽 변압기만 과부하가 걸릴 수 있습니다. 특히 한 대는 여유가 있는데 다른 한 대만 과열되는 상황이 생길 수 있습니다. 삼상 변압기에서는 결선 방식과 위상각도 반드시 맞아야 합니다. 예를 들어 델타 와이 결선과 와이 와이 결선은 2차 전압의 위상 관계가 다를 수 있으며, 위상각이 맞지 않으면 병렬 연결 시 큰 전류가 흐릅니다. 그래서 같은 결선군인지 확인해야 합니다.

실무적으로는 병렬운전 전에 정격전압, 권수비, 극성, 상회전 방향, 결선군, 퍼센트 임피던스, 용량비, 주파수, 탭 위치를 확인합니다. 탭 위치가 다르면 2차 전압이 달라져 순환전류가 생길 수 있으므로 탭도 맞춰야 합니다. 정리하면 변압기 병렬운전은 단순히 두 변압기를 같은 선에 연결하는 것이 아니라, 전압 크기와 위상, 내부 임피던스가 서로 맞아야 안전하게 부하를 나눌 수 있는 운전 방식입니다.