변압기 임피던스는 정격 전류에 대한 전부하 조건에서 변압기 전압 강하의 비로 정의됩니다. 그것은 전류의 흐름에 대한 변압기의 저항을 반영하는 중요한 파라미터입니다. 임피던스는 Ω으로 표현되며 기호 Z로 표시됩니다.
변압기의 임피던스는 구리 권선의 저항과 변압기에서 발생하는 자기장의 리액턴스 때문입니다. 변압기의 자기장의 리액턴스는 전압과 전류 사이에 위상 이동을 일으키는 반면, 권선 저항은 변압기 전체에 전압 강하를 일으킵니다. 변압기의 임피던스는 권선의 턴 수와 코어의 투과율을 포함한 설계에 따라 달라집니다.
변압기의 임피던스는 전력 시스템의 작동에 중요한 역할을 합니다. 임피던스의 주요 기능 중 하나는 시스템의 고장 전류를 제한하는 것입니다. 단락이 발생하면 변압기의 임피던스가 전류 흐름에 대한 장벽으로 작용하여 변압기 및 시스템의 다른 장비의 손상을 방지합니다. 임피던스는 또한 변압기의 전압 조절에 영향을 미치는데, 이는 변압기가 다양한 부하 조건에서 일정한 출력 전압을 유지하는 능력입니다. 임피던스가 높을수록 전압 강하가 커져서 전압 조절이 잘되지 않습니다. 마지막으로, 변압기의 임피던스는 효율에 영향을 미치는데, 이는 임피던스가 높을수록 권선의 저항으로 인해 에너지 손실이 커지기 때문입니다.
요약하면, 변압기의 임피던스는 전류의 흐름에 대한 변압기의 저항의 척도입니다. 그것은 전력계통의 작동과 성능에 영향을 미치는 중요한 매개변수입니다. 임피던스는 계통의 고장 전류를 제한하고, 변압기의 전압 조절에 영향을 미치며, 변압기의 효율에 영향을 미칩니다. 변압기 설계자는 변압기가 전력계통 내에서 효율적이고 안전하게 작동하도록 변압기의 임피던스를 조절할 필요가 있습니다.
1. 변압기의 %임피던스 정의
변압기가 정격 2차 전류까지 전부하가 걸리면 변압기 권선 저항과 리액턴스에 의해 전압 강하가 일어납니다. 전압 강하는 정격 전압으로 표현됩니다. 6600V의 정격 1차 권선이 전부하가 되고 측정된 전압 강하가 600V이면 전압 강하 백분율은 10%이므로 변압기 %임피던스는 10%입니다.
따라서 변압기의 %임피던스는 변압기의 정격 탭 위치에서 변압기 2차 권선이 단락 되었을 때 변압기 1차 권선을 통해 정격 전류를 흐르게 하는데 필요한 정격 전압의 백분율 전압입니다.
2. 변압기의 %임피던스를 계산하는 방법은?
변압기의 단락 테스트를 실시하여 변압기의 %임피던스를 계산할 수 있습니다. 2차 측 권선을 단락하고 변압기의 HV 측에 전압을 인가합니다. HV 측의 정격 전압을 1차 측에 인가하면 안 되며, 이 경우 권선에 막대한 단락 전류가 흐르게 되어 변압기에 손상을 줄 수 있습니다.
HV측 전압은 0V부터 점진적으로 증가시켜야 합니다. 2차측 전류가 2차 전부하 정격 전류까지 될 때까지 점진적으로 전압을 증가시킵니다. 2차측 전류에서의 1차 전압(V)은 변압기의 전부하 전류와 동일합니다. 변압기의 임피던스 백분율 공식은 다음과 같습니다;
아래의 예제에서 변압기의 %임피던스를 계산해 보겠습니다.
정격전압 132000/6600V이고 임피던스 전압 강하가 600V인 경우입니다.
HV측의 전류와 2차측의 전압강하를 측정함으로써 1차 임피던스와 2차 임피던스를 계산할 수 있습니다. 1차측의 전류는 70 암페어이고 변압기의 임피던스는 다음과 같습니다;
Z = 600/70 = 8.57 Ω
3. 단락 계산에서 %임피던스의 역할
변압기의 임피던스가 고장전류를 제한합니다. 임피던스의 백분율이 높을수록 고장전류의 크기가 낮게 될 것입니다. 시스템의 고장전류는 다음과 같은 수학식으로 나타낼 수 있습니다.
132/6.6 kV, 30 MVA 변압기의 임피던스는 9 %라고 가정합니다. 이 경우 변압기의 2차측 고장 레벨은 다음과 같습니다;
따라서 변압기의 임피던스 백분율은 전력 시스템에 긍정적인 영향뿐만 아니라 부정적인 영향을 미칩니다.
- %임피던스가 작으면 네트워크의 고장 MVA가 더 큽니다. 차단기, CT 및 아이솔레이터와 같은 모든 개폐 장치는 단락 용량이 더 커야 하므로 비용이 증가합니다. 그러나 %임피던스가 낮은 긍정적인 점은 시스템의 전압 조절을 더 쉽게 하는 것입니다.
- %임피던스가 높으면 고장 MVA가 적지만 전압 조절이 잘되지 않습니다.
따라서 변압기의 최적 %임피던스는 고장 수준과 전압 조절 간의 균형이 더 좋은 쪽으로 선택하게 됩니다.
4. 변압기 병렬운전에서 %임피던스의 역할
변압기는 최적의 변압기 활용을 위해 병렬로 운전될 수 있습니다. 이 경우 한 변압기에서 다른 변압기로의 전류 순환을 방지하기 위해서는 두 변압기 모두 동일하게 부하를 분담하는 것이 바람직합니다. 변압기는 약 40%의 부하에서 최대 효율을 가지므로, 변압기를 병렬로 운전하면 두 변압기의 효율이 향상됩니다. 그러나 부하를 균등하게 분담하기 위해서는 변압기 정격 대 임피던스의 비율이 두 변압기 모두 동일해야 합니다.
%임피던스에 대한 변압기 정격의 비율이 같지 않다고 가정해 보겠습니다. 이 경우 한 변압기에 다른 변압기보다 더 많은 부하가 걸릴 것이고, 또한 변압기에 순환 전류가 흐르면 변압기 한 개의 추가 전력 손실과 효율 저하가 발생합니다.
5. 변압기 허용 %임피던스 / IEC 60076
다양한 MVA 및 kV 등급에 대한 변압기 %임피던스는 표준에 명시되어 있습니다. 단, 변압기 제조 후 +/- 1% 편차는 허용됩니다. 아래의 값은 minimum 값으로 이보다 큰 값을 적용하는 것은 허용되는 것입니다.
The percentage impedance of transformer is the percentage voltage of the rated voltage required to circulate rated current flow through one
www.electricalvolt.com
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