배전 변압기

배전 변압기 또는 서비스 변압기는 배전 시스템에서 최종 전압 변환을 제공하는 변압기로 배전 라인에 사용되는 전압을 고객이 사용하는 수준으로 낮춥니다.^[1] 실용적이고 효율적인 변압기의 발명은 AC 배전을 가능하게 했습니다; 배전 변압기를 사용하는 시스템은 1882년에 이미 입증되었습니다.

전신주에 장착되어 있는 경우는, 폴 마운트 변압기라고 불립니다.배전선이 지면 또는 지하에 있는 경우 배전 변압기는 콘크리트 패드에 장착되고 강철 케이스에 잠깁니다. 이를 배전 탭 장착 변압기라고 합니다.

배전 변압기의 정격은 보통 200kVA ^[2]미만이지만, 일부 국가 표준에서는 최대 5000kVA의 유닛을 배전 변압기로 기술할 수 있습니다.배전 변압기는 부하가 없는 경우에도 24시간 동안 전원이 공급되므로 철 손실을 줄이는 것이 설계에 중요한 역할을 합니다.보통 최대 부하에서는 동작하지 않기 때문에, 저부하에서도 최대의 효율을 발휘하도록 설계되어 있습니다.효율을 높이려면 이러한 변압기의 전압 조절을 최소한으로 유지해야 합니다.따라서 누출 리액턴스가 ^[3]작도록 설계되어 있습니다.

종류들

배전 변압기는 다음과 같은 요인에 따라 여러 범주로 분류됩니다.

• 설치 장소 – 폴, 패드, 지하 금고
• 절연 유형 – 액체 또는 건식
• 위상수 – 단상 또는 3상
• 전압 클래스
• 기본 임펄스 절연 레벨(BIL).

사용하다

배전 변압기는 일반적으로 배선이 전신주 또는 지하 송전선로부터 고객의 구내로 연결되는 서비스 드롭에 배치되어 있습니다.30kV 미만의 전압에서 고립된 주택, 농장 또는 펌핑 스테이션과 같은 정착지 밖의 시설의 전원 공급에 자주 사용됩니다.또 다른 적용 분야는 AC로 전기화된 철도 가공선의 전원 공급입니다.이 경우 단상배전변압기가 사용됩니다.^[4]

단일 배전 트랜스로부터 공급되는 고객 수는 지역 내 고객 수에 따라 달라집니다.도시 지역의 단일 변압기에서 여러 가정에 전력을 공급할 수 있다.지역별 배전에는 주 전압에 따라 고객당 변압기가 하나씩 필요할 수 있습니다.대규모 상업 또는 산업 단지에는 다중 배전 변압기가 있습니다.1차 배전선이 지하로 흐르는 도시지역 및 인근지역에서는 콘크리트 패드에 설치된 잠금장치 금속 인클로저 내의 변압기인 패드마운트 변압기가 사용됩니다.많은 대형 건물에는 1차 배전 전압으로 전기 서비스가 제공됩니다.이 건물들은 고객 소유의 변압기를 지하에 설치했습니다.^[4]

배전 변압기는 풍력 발전소의 전력 수집 네트워크에서도 발견되며, 여기서 각 풍력 터빈의 전력을 증가시켜 수 마일(^[5]킬로미터) 떨어진 변전소에 연결합니다.

접속

폴 마운트형 및 패드 마운트형 변압기는 모두 오버헤드 또는 지하 배전선의 높은 '1차' 전압을 건물 내부의 낮은 '2차' 또는 '활용' 전압으로 변환합니다.1차 배전선은 3상계를 사용합니다.주 배전 라인에는 항상 3개의 '핫' 와이어와 옵션인 중성선이 있습니다.단상 변압기가 단상 와이어에만 연결되는 북미 시스템에서는 옆길로 분기하는 작은 '가로' 라인에 단 1개 또는 2개의 '핫' 위상 와이어가 포함될 수 있습니다(단상 와이어가 있는 경우 항상 중립이 리턴 경로로 제공됩니다).프라이머리 전압은 해당 지역에서 사용되는 표준 배전 전압으로 전력을 공급합니다.이 전압은 현지 배전 관행과 표준에 따라 2.3kV에서 약 35kV까지 다양합니다.대부분 11kV(50Hz 시스템)와 13.8kV(60Hz 시스템)가 사용되지만 다른 많은 전압이 일반적입니다.예를 들어 미국에서 가장 일반적인 전압은 12.47kV로 라인 대 접지 전압은 7.2kV입니다.이 전압은 7.2kV의 위상 대 중성 전압을 가지며, 이는 분할상 세컨더리 측 240V의 정확히 30배입니다.

기본적인

고압 1차 권선은 케이스 상단의 부싱에 공급됩니다.

• 북미 시스템에서 일반적으로 사용되는 단상 변압기는 다음 두 가지 유형의 연결로 오버헤드 배전선에 연결됩니다.
  • 와이 – 와이 분배 회로에서는 '와이' 또는 '위상 대 중립' 변압기가 사용됩니다.단상 와이 변압기는 보통 상부에 3개의 주요 위상 중 하나에 연결된 부싱이 1개만 있습니다.1차 권선의 다른 쪽 끝은 변압기 케이스에 연결되어 있으며 변압기 케이스는 와이 시스템의 중성 와이어에 연결되어 있으며 접지되어 있습니다.변압기가 중성선에 전류를 발생시킨 후 접지되는 라인에 불균형 부하를 나타내기 때문에 wye 분배 시스템이 선호됩니다.그러나 델타 배전 시스템의 경우 불균형 부하로 인해 3상 와이어의 전압이 변동될 수 있습니다.
  • 델타 – 델타 분배 회로에서는 '델타' 또는 '위상 대 위상' 변압기가 사용됩니다.단상 델타 변압기는 3개의 1차 와이어 중 2개에 연결된 2개의 부싱을 가지고 있으므로 1차 권선은 위상 간 전압을 인식합니다.이렇게 하면 전압이 접지 전위에 근접하도록 단단히 접지해야 하는 중성선을 통해 1차 전류가 되돌아가는 것을 방지할 수 있습니다.중성선은 고객에게도 제공되기 때문에 토양 전도율이 낮은 캘리포니아와 같은 건조한 지역에서는 큰 안전상의 이점이 됩니다.주요 단점은 예를 들어 분기 회로에도 적어도 2개의 절연 '핫' 위상 와이어가 필요하기 때문에 비용이 높다는 것입니다.또 다른 작은 단점은 프라이머리 위상 중 1개만 업스트림에서 절단되어도 트랜스들이 이를 통해 전류를 되돌리려고 할 때 프라이머리 위상 중 1개만 활성 상태로 유지된다는 점입니다.이는 라인 작업자에게 위험할 수 있습니다.
• 유럽 시스템에서 가정용 서비스에 사용되는 3상 2차 전력을 제공하는 변압기는 3개의 1차 와이어 모두에 3개의 1차 와이어가 부착되어 있습니다.와인딩은 거의 항상 '와이' 구성으로 연결되며, 3개의 와인딩의 끝부분이 연결되고 접지됩니다.

변압기는 항상 보호 퓨즈 및 차단 스위치를 통해 1차 배전 라인에 연결됩니다.폴 장착 변압기의 경우 일반적으로 '퓨징 컷아웃'입니다.전기적 고장으로 인해 퓨즈가 녹고 장치가 열려 육안으로 문제의 징후가 나타납니다.절연 핫스틱을 사용하여 라인워커가 회선에 전원을 공급하는 동안 수동으로 열 수도 있습니다.경우에 따라서는 회로 차단기가 내장되어 있는 완전 자기 보호 변압기가 사용되므로 퓨즈 차단기가 필요하지 않습니다.

이차적인

저전압 2차 권선은 변압기 측에 있는 3개 또는 4개의 단자에 부착됩니다.

• 북미의 주택이나 소규모 기업에서는 세컨더리 시스템이 120/240볼트 분상 시스템인 경우가 많습니다.240V 2차 권선은 중앙 탭으로 접지되고 중앙 중성 와이어는 접지되어 2개의 엔드 컨덕터가 중앙 탭에 대해 "뜨겁고" 서로 180도 위상이 어긋납니다.이 세 개의 와이어는 서비스 드롭을 통해 건물 내부의 전기 미터와 서비스 패널로 연결됩니다.열선과 중성선 사이에 부하를 연결하면 120V가 공급되며, 이는 조명 회로에 사용됩니다.두 열선 사이를 연결하면 에어컨, 오븐, 건조기, 전기차 충전소 등 부하가 높은 곳에 240V가 공급됩니다.
• 유럽 및 그 시스템을 사용하는 국가에서 보조 시스템은 종종 3상 400Y/230 시스템입니다.3개의 230V 2차 권선이 있으며, 각 권선은 1차 상 중 하나에 부착된 1차 권선에서 전력을 공급받습니다.각 2차 권선의 한쪽 끝은 접지된 '중립' 와이어에 연결됩니다.3개의 보조 권선의 다른 쪽 끝은 중립과 함께 서비스 패널로 서비스 드롭을 내립니다.230V의 부하는 3상 와이어와 뉴트럴 사이에 연결됩니다.위상이 서로 120도이므로 북미 분할 위상 시스템의 2 * 120V = 240V에 비해 두 위상 사이의 전압은 sqrt(3) * 230V = 400V입니다.북미의 개별 주택에서는 3상 전력이 거의 전무한 반면, 유럽에서는 에어컨이나 전기차 충전기와 같은 부하가 큰 주택에서는 일반적이다.

건설

배전 변압기는 시트 실리콘강(트랜스포머강)을 적층하여 수지 접착 또는 강철 스트랩과 함께 밴딩한 후 1차 및 2차 와이어 권선을 감아 만든 자성 코어로 구성됩니다.이 코어 구조는 전력망에서 경제적으로 중요한 전력 손실의 원인인 코어 내의 열로서의 자기 에너지 소산을 줄이도록 설계되어 있습니다.코어 손실은 강철의 이력 손실과 와전류라는 두 가지 효과에 의해 발생합니다.실리콘강은 이력손실이 적고 적층구조로 코어내 와전류가 흐르지 않아 강철의 저항으로 전력이 소산된다.일반적인 배전 변압기의 효율은 약 98~99%^[6][7]입니다.다수의 변압기를 표준 설계로 제작할 경우 감긴 C자형 코어를 제작하는 것이 경제적입니다.강철 스트립을 감아 형상으로 압착한 후 2개의 C자 모양으로 절단하여 구리 ^[8]권선에 재조립한다.

1차 코일은 에나멜 코팅 구리 또는 알루미늄 와이어로 감겨지고 고전류, 저전압 보조 코일은 알루미늄 또는 구리 두꺼운 리본을 사용하여 감겨집니다.와인딩은 수지 함침지로 절연되어 있습니다.전체 어셈블리를 소성하여 수지를 경화시킨 다음 분말 코팅 강철 탱크에 담근 다음, 변압기 오일(또는 기타 절연 액체)을 채웁니다. 이 탱크는 불활성이고 비전도성이 있습니다.변압기 오일은 권선을 냉각 및 단열하여 습기로부터 보호합니다.탱크는 제조 중에 아크를 일으킬 수 있는 잔류 습기를 제거하기 위해 일시적으로 배기되며 상단에 ^[9]개스킷을 사용하여 날씨에 대비해 밀봉됩니다.

이전에는 실내용 배전 트랜스에는 폴리염화비페닐(PCB) 액체가 충전되어 있었습니다.이러한 화학물질들이 환경에 지속되고 동물들에게 악영향을 미치기 때문에, 그것들은 금지되었다.실리콘과 같은 다른 내화성 액체는 액체로 채워진 변압기를 실내에서 사용해야 하는 경우에 사용됩니다.특정 식물성 오일은 변압기 오일로 도포되어 있으며, 높은 화재점의 장점을 가지고 있으며 환경에서 ^[10]완전히 생분해됩니다.

극에 장착된 변압기에는 서지 피뢰기 또는 보호 퓨즈 링크와 같은 부속품이 포함되어 있는 경우가 많습니다.자체 보호 변압기에는 내부 퓨즈 및 서지 피뢰기가 포함되어 있으며,^[11] 다른 변압기에는 이러한 구성 요소가 탱크 외부에 별도로 장착되어 있습니다.폴 장착형 변압기는 폴에 직접 장착할 수 있는 러그가 있거나 폴에 볼트로 고정되는 크로스암에 장착할 수 있습니다.약 75kVA보다 큰 공중 변압기는 하나 이상의 ^[12]극으로 지지되는 플랫폼에 장착할 수 있다.3상 서비스에서는 1상당1개씩 3개의 동일한 변압기를 사용할 수 있습니다.

낮은 등급의 설치를 위해 설계된 변압기는 주기적으로 ^[13]물에 잠기도록 설계할 수 있습니다.

배전 변압기에는 1차 전압과 2차 전압의 비율을 약간 조정할 수 있도록 오프로드 탭 체인저가 포함되어 있어 장시간 또는 고부하 라인에서 고객의 전압이 원하는 범위 내에 있도록 할 수 있습니다.

패드 장착형 변압기는 안전한 잠금, 볼트 체결 및 접지된 금속 인클로저를 통해 활선 내부 부품에 대한 무단 접근을 방지합니다.인클로저에는 퓨즈, 절연 스위치, 부하 차단 부싱 및 기술 표준에 설명된 기타 부속품도 포함될 수 있습니다.배전 시스템용 패드 장착형 변압기는 일반적으로 약 100~2000kVA 범위이지만 일부 대형 유닛도 사용됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 트랜스포머
• 부싱(전기)
• 트랜스포머 타입
• 변류기

레퍼런스

참고 문헌

• Bakshi, V.B.U.A. (2009). Transformers & Induction Machines. Technical Publications. ISBN 9788184313802. Retrieved 2014-01-14.
• Harlow, James H. (2012). Electric Power Transformer Engineering, Third Edition, Volume 2. CRC Press. ISBN 978-1439856291.
• Pansini, Anthony J. (2005). Guide to Electrical Power Distribution Systems. The Fairmont Press, Inc. ISBN 088173506X.