전기산업기사 필기 · 전기기기 과목
AI 작성 · 운영진 검수 전전기산업기사 변압기 핵심정리
- 중요도
- ★★★★★ (5 / 5)
- 출제 비중
- 전기기기 20문항 중 약 5문항 (25%)
변압기의 권수비, 손실과 효율, 결선, 병렬 운전을 다룹니다.
📖 변압기 개념 정리 보기 →변압기, 이것만은 꼭 외우세요
- 권수비 a = N1/N2 = V1/V2
- 최대 효율 조건(철손 = 동손)
- Δ-Y 결선 위상차
- 병렬 운전 조건
변압기 대표 문제 7개
문제 1. 철손이 200W, 전부하 동손이 800W 인 변압기가 최대 효율이 되는 부하율은 몇 % 인가?
- ① 25%
- ② 50%
- ③ 100%
- ④ 약 71%
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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
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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°
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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.
문제 4. 변압기의 단락 시험으로 구할 수 있는 것은?
- ① 철손과 여자 전류
- ② 절연 저항
- ③ 동손(임피던스 와트)과 임피던스 전압
- ④ 권선의 온도 상승
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정답: ③ 동손(임피던스 와트)과 임피던스 전압
핵심: 단락 시험 → 동손·%임피던스 / 무부하 시험 → 철손·여자 전류
단락 시험은 2차를 단락하고 1차에 낮은 전압을 걸어 정격 전류를 흘리는 시험입니다. 이때 거는 전압이 임피던스 전압이고, 전압이 낮아 철손은 거의 없으므로 측정한 전력은 동손(임피던스 와트) 입니다. 여기서 %임피던스도 구할 수 있습니다.
틀린 선지
- 철손과 여자 전류: 2차를 열어 두고 하는 무부하 시험으로 구합니다.
- 절연 저항: 메거(절연 저항계)로 측정합니다.
- 권선의 온도 상승: 실부하법이나 반환 부하법 같은 온도 시험으로 구합니다.
문제 5. 용량 20kVA 인 단상 변압기의 철손이 200W, 전부하 동손이 800W 이다. 역률 1 에서 1/2 부하로 운전할 때 효율은 약 몇 % 인가?
- ① 약 90.9%
- ② 약 94.3%
- ③ 약 96.2%
- ④ 약 95.2%
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정답: ③ 약 96.2%
핵심: 효율 = 출력 ÷ (출력 + 철손 + m² × 동손)
- 출력 = 20kVA × 1/2 × 1 = 10kW = 10,000W
- 동손 = (1/2)² × 800 = 200W
- 전체 손실 = 철손 200 + 동손 200 = 400W
- 효율 = 10,000 ÷ (10,000 + 400) × 100 ≈ 96.2%
검산: 이때 철손과 동손이 같으므로 이 변압기의 최대 효율 지점입니다.
틀린 선지
- 약 90.9%: 동손을 전부하 값 800W 그대로 넣은 값입니다. 1/2 부하에서 동손은 (1/2)² 배가 됩니다.
- 약 94.3%: 동손을 1/2 배(400W)로 넣은 값입니다. 동손은 부하율의 제곱에 비례합니다.
- 약 95.2%: 전부하(20kW)일 때의 효율입니다.
문제 6. 용량이 모두 100kVA 인 변압기 A(%임피던스 5%)와 B(%임피던스 4%)를 병렬 운전하여 180kVA 의 부하에 전력을 공급한다. 변압기 A 가 분담하는 부하는 몇 kVA 인가?
- ① 80kVA
- ② 100kVA
- ③ 90kVA
- ④ 144kVA
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정답: ① 80kVA
핵심: 병렬 운전 부하 분담은 (용량 ÷ %Z)에 비례
- 용량이 같으므로 분담은 %임피던스에 반비례합니다.
- A : B = 1/5 : 1/4 = 4 : 5
- A 분담 = 180 × 4 ÷ 9 = 80kVA
- B 분담 = 180 × 5 ÷ 9 = 100kVA
검산: 80 + 100 = 180kVA, 80 × 5 = 100 × 4 = 400 으로 맞습니다.
틀린 선지
- 100kVA: 변압기 B 가 분담하는 부하입니다. %임피던스가 작은 B 가 더 많이 맡습니다.
- 90kVA: 부하를 똑같이 나눈 값입니다. %임피던스가 다르면 분담도 달라집니다.
- 144kVA: 180kVA 의 80% 로 본 값입니다. 분담 비율이 4 : 5 이므로 A 는 전체의 4/9 입니다.
문제 7. 단권 변압기(1차와 2차가 권선 일부를 함께 쓰는 변압기)의 특징으로 옳은 것은?
- ① 1차와 2차가 전기적으로 완전히 분리되어 있다
- ② 누설 리액턴스가 커서 단락 전류가 작다
- ③ 권선의 구리 양이 적게 들고 효율이 높다
- ④ 권수비가 클수록 경제적이다
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정답: ③ 권선의 구리 양이 적게 들고 효율이 높다
핵심: 단권 변압기: 동량 적음·효율 높음, 1·2차 절연 분리 안 됨
단권 변압기는 권선 하나를 1차와 2차가 함께 쓰기 때문에 구리가 적게 들고 손실이 작아 효율이 높습니다. 하지만 1차와 2차가 전기적으로 붙어 있어 절연이 분리되지 않고, 누설 리액턴스가 작아 단락 전류가 큽니다. 승압이나 강압 비율이 작을 때 유리합니다.
틀린 선지
- 1차와 2차가 전기적으로 완전히 분리되어 있다: 단권 변압기는 권선을 함께 쓰므로 1차와 2차가 전기적으로 이어져 있습니다.
- 누설 리액턴스가 커서 단락 전류가 작다: 누설 리액턴스가 작아 오히려 단락 전류가 큽니다.
- 권수비가 클수록 경제적이다: 1차와 2차 전압 차이가 작을(권수비가 1 에 가까울) 때 가장 경제적입니다.
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