전기산업기사 · 전기기기 과목
전기산업기사 변압기 개념 정리
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AI가 새로 쓴 글 가운데, 작성과 분리된 AI 검증(다시 읽고 사실·수치 확인)을 통과한 단원만 싣습니다. 틀린 곳을 발견하면 알려 주세요.
개요
변압기는 철심에 감은 두 권선으로 교류 전압을 바꾸는 기계입니다. 손실은 부하와 상관없는 철손과 부하 전류의 제곱에 비례하는 동손으로 나뉩니다. 두 손실이 같아지는 부하에서 효율이 가장 높으며, 그 부하율은 철손을 전부하 동손으로 나눈 값의 제곱근입니다.
변압기의 특성은 시험으로 구합니다. 무부하 시험으로 철손과 여자 전류를, 단락 시험으로 동손과 임피던스 전압(%임피던스)을 구합니다. 변압기 기름은 절연과 냉각을 함께 맡으므로 절연 내력이 크고 점도가 낮으며 인화점은 높고 응고점은 낮아야 합니다.
3상 결선에서 Δ-Y 나 Y-Δ 는 1차와 2차 사이에 30° 위상차가 생깁니다. 변압기를 병렬 운전하면 부하는 용량을 %임피던스로 나눈 값에 비례해 나뉘므로, %임피던스가 작은 변압기가 더 많이 맡습니다. 단권 변압기는 권선을 함께 써서 효율이 높지만 1차와 2차가 절연되지 않습니다.
핵심 개념
최대 효율 부하율
m = √(철손 ÷ 전부하 동손).
외우는 요령이때 철손 = m² × 동손.
부하율에 따른 효율
효율 = 출력 ÷ (출력 + 철손 + m² × 전부하 동손).
외우는 요령동손은 부하율의 제곱으로 줄어듭니다.
단락 시험
2차를 단락하고 정격 전류를 흘려 동손과 임피던스 전압을 구합니다.
외우는 요령철손은 무부하 시험.
Δ-Y 결선
1차와 2차 선간 전압 사이에 30° 위상차가 생깁니다.
외우는 요령Δ-Δ 와 Δ-Y 는 병렬 운전 불가.
병렬 운전 부하 분담
분담은 (용량 ÷ %Z)에 비례합니다.
외우는 요령%Z 가 작은 쪽이 더 많이 맡습니다.
단권 변압기
권선 일부를 1·2차가 함께 써서 동량이 적고 효율이 높습니다.
외우는 요령절연이 분리되지 않고 단락 전류가 큽니다.
자주 나오는 포인트
- 최대 효율은 철손 = 동손
- 동손은 부하율의 제곱에 비례
- 단락 시험 → 동손, 무부하 시험 → 철손
- 병렬 운전 분담은 %Z 에 반비례(같은 용량일 때)
헷갈리는 것 비교: 무부하 시험과 단락 시험
| 구분 | 무부하 시험 | 단락 시험 |
|---|---|---|
| 구하는 것 | 철손·여자 전류 | 동손·임피던스 전압 |
| 2차 상태 | 열어 둠 | 단락 |
대표 문제 3개
검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.
문제 1. 철손이 200W, 전부하 동손이 800W 인 변압기가 최대 효율이 되는 부하율은 몇 % 인가?
- ① 25%
- ② 50%
- ③ 100%
- ④ 약 71%
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ② 50%
핵심: 최대 효율 부하율 m = √(철손 ÷ 전부하 동손)
- 동손은 부하율의 제곱에 비례하므로, m² × 800 = 200 일 때 철손과 동손이 같아집니다.
- m² = 200 ÷ 800 = 0.25
- m = √0.25 = 0.5 → 50%
검산: 50% 부하일 때 동손 = 0.5² × 800 = 200W 로 철손과 같습니다.
틀린 선지
- 25%: 제곱근을 씌우지 않고 200 ÷ 800 을 그대로 쓴 값입니다.
- 100%: 전부하에서는 동손(800W)이 철손(200W)보다 커서 최대 효율 조건이 아닙니다.
- 약 71%: 계산 과정에서 제곱근을 두 번 씌운 값입니다.
문제 2. 변압기 절연유(변압기 기름)가 갖추어야 할 조건으로 옳은 것은?
- ① 절연 내력이 크고 점도가 낮을 것
- ② 인화점이 낮을 것
- ③ 응고점이 높을 것
- ④ 점도가 높을 것
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ① 절연 내력이 크고 점도가 낮을 것
핵심: 절연유: 절연 내력↑, 점도↓, 인화점↑, 응고점↓
절연유는 전기를 막는(절연) 일과 열을 식히는(냉각) 일을 함께 합니다. 그래서 절연 내력이 크고, 잘 흘러 열을 옮기도록 점도가 낮아야 합니다. 또 불이 잘 붙지 않게 인화점은 높고, 추운 날 굳지 않게 응고점은 낮아야 합니다.
틀린 선지
- 인화점이 낮을 것: 인화점이 낮으면 불이 붙기 쉬워 위험합니다. 인화점은 높아야 합니다.
- 응고점이 높을 것: 응고점이 높으면 추울 때 굳어 버립니다. 응고점은 낮아야 합니다.
- 점도가 높을 것: 점도가 높으면 잘 흐르지 않아 열을 식히는 능력이 떨어집니다.
문제 3. 3상 변압기를 Δ-Y 결선으로 했을 때 1차와 2차 선간 전압 사이의 위상차는?
- ① 0°
- ② 30°
- ③ 60°
- ④ 120°
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ② 30°
핵심: Δ-Y, Y-Δ 결선: 1·2차 위상차 30°
Δ 결선과 Y 결선은 선간 전압의 방향이 30° 어긋나 있습니다. 그래서 Δ-Y 나 Y-Δ 결선 변압기는 1차와 2차 선간 전압 사이에 30° 의 위상차가 생깁니다. 이 때문에 Δ-Δ 변압기와 Δ-Y 변압기는 병렬 운전할 수 없습니다.
틀린 선지
- 0°: Δ-Δ 나 Y-Y 결선의 위상차입니다.
- 60°: Δ-Y 결선의 위상차가 아닙니다.
- 120°: 3상의 각 상 사이 위상차입니다.