22. 3상 변압기 결선

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목차

1. 실험목적

  • 변압기의 델타 및 와이결선
  • 전류와 전압관계

2. 개 요

삼상변압기는 1개의 모듈로 되어있는 경우도 있고 델타 또는 와이로 연결된 세개의 단상변압기로 구성되기도 한다. 경우에 따라서는 두개의 변압기만이 사용된다. 전력선으로부터의 상업용 3ø 선간 전압은 일반적으로 208Volt 이며, 1ø 전압 (120V)의 표준 값은 그림 18-1과 같이 공급된다.
Fig. 18-1
1차와 2차는 각각 여러 가지 결선의 조합이 가능하며 가능한 조합은 다음과 같다.
a) 1차권선 : 델타 2차권선 : 델타 (∆ - ∆)
b) 1차권선 : 와이 2차권선 : 와이 (Y - Y)
c) 1차권선 : 와이 2차권선 : 델타 (Y - ∆)
d) 1차권선 : 델타 2차권선 : 와이 (∆ - Y)
4가지 결선중 ∆ - Y 결선법이 가장 많이 쓰인다.

Fig. 18-2

Fig. 18-3

어느 결선법을 사용하건간에, 권선들은 적절한 상으로 연결되어야 한다. 와이 연결된 2차 권선의 상관계(Phase relationship)를 결정하기 위해, 그림 18-3(a)에서와 같이 두 권선에 인가되는 전압을 측정한다. 전압 A-B는 다른 권선을 지나는 전압의 3 배가 되어야 한다. 만일 다른 권선을 지나는 전압이 이 전압과 일치한다면, 권선들중 하나는 역(reverse)이 되어야 한다. 그림 18-3 (b)와 같이 3차 권선 C가 연결되며, 전압 C-A 또는 C-B는 어느 한 권선을 지나는 전압의 3 배가 되어야 한다. 그렇지 않으면, 권선 C 는 역(reverse)이 되어야 한다.
델타 결선된 2차 권선의 상관계(Phase relationship)를 결정하기 위해, 그림 18-4(a)에 나타난 두 권선에 걸리는 전압을 측정한다. 전압 A-C는 다른 권선을 걸리는 전압과 같아야 한다. 만일 그렇지 않으면, 권선들중 하나는 역이 되어야 한다. 그림18-4(b)와 같이 권선 C가 연결되며, 세 개의 권선 C1-C을 지나는 전압은 0이 되어야 한다. 만일 그렇지 않으면, 권선 C는 역이 되어야 한다. 개방된 C1 과 C의 각 끝이 연결되어, 그림18-4(C)와 같이 변압기가 델타 결선시 적절한 상관계를 갖는다.

Fig. 18-4

와이 - 와이 결선법은 (단상변압기와 마찬가지로) 1차권선과 2차권선사이의 권수비(turn ration)당 전압값이 같다. 델타 - 델타의 출력전압은 1차권선과 2차권선의 권수비에 달려있다. 델타-와이 결선은 델타-델타결선 또는 와이-와이결선보다 높은 출력 3ø전압을 갖는다. 그 이유는 와이 결선된 2차권선의 어느 두 권선을 지나는 전압이 3ø 1차권선간 전압의 3 배와 같기 때문이다. 와이 - 델타결선은 델타 - 와이결선의 반대이다.

3. 준 비 물

  • 전원공급장치 (0-120/208V 3ø) EMS 8821
  • 교류전류계 (250/250/250V) EMS 8426
  • 변압기 (3) EMS 8341
  • 리드선 EMS 8941

4. 실 습

1. 다음의 실험을 실행한다.
a) 그림18-5의 회로는 _________ - __________ 결선된 세개의 변압기를 나타낸다.
b) 예상전압들을 계산하여 기록한다.
c) 회로와 같이 연결한다.
d) 전원을 켠 후 120Vac의 선간전압(line-to-line voltage)이 되도록 출력을 서서히 증가 시킨다.
e) 지시된 전압들을 측정한 후 기록한다.
f) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다. 열거된 모든 전압들이 측정될 때까지 (d), (e), (f)를 반복한다.
Fig. 18-5
계산치   측정치
E1=_____V, E2=_____V, E3=_____V   E1=_____V, E2=_____V, E3=_____V
E4=_____V, E5=_____V, E6=_____V   E4=_____V, E5=_____V, E6=_____V
E7=_____V, E8=_____V, E9=_____V   E7=_____V, E8=_____V, E9=_____V
E10=_____V, E11=_____V, E12=_____V   E10=_____V, E11=_____V, E12=_____V
2. 다음의 실험을 실행한다.
a) 그림1-6의 회로는 ________ - ________ 결선된 세개의 변압기를 나타낸다.
b) 예상 전압들을 계산하여 기록한다.
c) 회로와 같이 결선한다.
d) 전원을 켠 후 90Vac의 선간전압(line-to-line voltage)이 되도록 출력을 서서히 증가시킨다.
e) 지시된 전압들을 측정한 후 기록한다.
f) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다. 열거된 모든 전압들이 측정될 때까지 (d), (e), (f)를 반복한다.
Fig. 18-6
계산치   측정치
E1=_____V, E2=_____V, E3=_____V   E1=_____V, E2=_____V, E3=_____V
E4=_____V, E5=_____V, E6=_____V   E4=_____V, E5=_____V, E6=_____V
E7=_____V, E8=_____V, E9=_____V   E7=_____V, E8=_____V, E9=_____V
3. 다음의 실험을 실행한다.
a) 그림18-7의 회로는 ________ - ________ 결선된 세개의 변압기를 나타낸다.
b) 예상전압들을 계산하여 기록한다.
c) 회로와 같이 연결한다. 델타결선된 2차권선상의 점 “A"를 개방시킨 후 전압계를 연결한다.
d) 전원을 켠 후 출력전압을 서서히 증가시킨다. 만일 델타결선이 적절히 상조절 되었다면, 개방된 델타를 지나는 전압계(점“A”의)상에는 어떠한 전압도 나타나서는 안된다. 그럼에도 불구하고 약간의 전압이 나타나는 이유는 일반 3ø전압이 모두 같은 3ø전압을 갖지 않기 때문이며, 세개의 변압기들 또한 약간의 차이가 있기 때문이다.
e) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다.
f) 전압계를 회로로부터 떼어낸 후 점 “A"의 델타루프를 닫는다.
g) 전원을 켠 후 120Vac의 선간 전압 (line-to-line voltage)이 되도록 출력을 서서히 증가시킨다.
h) 지시된 전압들을 측정한 후 기록한다.
i) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다. 열거된 모든 전압들이 측정될 때까지 (g),(h),(i)를 반복한다.
Fig. 18-7
계산치   측정치
E1=_____V, E2=_____V, E3=_____V   E1=_____V, E2=_____V, E3=_____V
E4=_____V, E5=_____V, E6=_____V   E4=_____V, E5=_____V, E6=_____V
E7=_____V, E8=_____V, E9=_____V   E7=_____V, E8=_____V, E9=_____V
4. 다음의 실험을 실행한다.
a) 그림 18-8의 회로는 ______ - ______ 결선된 세 개의 변압기를 나타낸다.
b) 예상전압들을 계산하여 기록한다.
c) 회로와 같이 결선한다. 델타결선된 2차 권선상의 점 “A"를 개방시킨 후 전압계를 연결한다.
d) 전원을 켠 후 출력전압을 서서히 증가시킨다. 만일 델타결선이 적절히 상조절되었다면 개방된 델타를 지나는 전압계(점“A")의 상에는 어떠한 전압도 나타나서는 안된다.
e) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다.
f) 전압계를 회로로부터 떼어낸 후 점 “A"의 델타루프를 닫는다.
g) 전원을 켠 후 120Vac 의 선간 전압(line-to-line voltage)이 되도록 출력을 서서히 증가시킨다.
h) 지시된 전압들을 측정한 후 기록한다.
i) 전압을 0으로 돌린 후 끈다. 열거된 모든 전압들이 측정될 때까지 (g),(h),(i)를 반복한다.
Fig. 18-8
계산치   측정치
E1=_____V, E2=_____V, E3=_____V   E1=_____V, E2=_____V, E3=_____V
E4=_____V, E5=_____V, E6=_____V   E4=_____V, E5=_____V, E6=_____V
5. 다음의 실험을 실행한다.
a) 그림 18-9의 회로는 개방-델타결선된 두개의 변압기를 나타낸다.
b) 예상전압들을 계산하여 기록한다.
c) 회로와 같이 결선한다.
d) 전원을 켠 후 120Vac 의 선간 전압(line-to-line voltage)이 되도록 출력을 서서히 증가시킨다.
h) 지시된 전압들을 측정한 후 기록한다.
i) 전압을 0으로 돌린 후 끈다. 열거된 모든 전압들이 측정될 때까지 (d),(e),(f)를 반복한다
Fig. 18-9
계산치   측정치
E1=_____V, E2=_____V, E3=_____V   E1=_____V, E2=_____V, E3=_____V
E4=_____V, E5=_____V, E6=_____V   E4=_____V, E5=_____V, E6=_____V

5. 실습평가

1. 실험절차 4 와 5 의 결과치를 비교한다.
a) 델타-델타 대 개방-델타간에 전압의 차이가 있는가?
b) 델타-델타의 VA정격이 개방-델타의 VA정격과 같은가? 설명하시오.
c) 만일 각 권선의 전류정격이 증가된다면, 개방-델타가 델타-델타만큼 작동하는가? 를 설명하시오.
2. 만일 각 변압기가 60KVA의 용량을 가진다면, 아래의 5 가지 경우 얻을 수 있는 전체 3ø 전력은 ?
a) 와이-와이 :________KVA
b) 와이-와이 :________KVA
c) 델타-델타 :________KVA
d) 델타-델타 :________KVA
e) 개방-개방 :________KVA
3. 만일 2차권선의 극성중 하나가 역으로 된다면, 실험 1에서
a) 데드 쇼트(dead short)가 발생하는가?
b) 변압기가 가열되는가?
c) 1차 전압이 불평형을 이루는가?
d) 2차 전압이 불평형을 이루는가?
4. 만일 2차권선의 극성중 하나가 역으로 된다면, 실험 4에서
a) 데드 쇼트(dead short)가 발생하는가?
b) 변압기가 가열되는가?
c) 1차 전압이 불평형을 이루는가?
d) 2차 전압이 불평형을 이루는가?

6. 정 답

실 습

1. a) 와이, 와이.
b) 120, 120, 120, 120, 120, 120
69.3, 69.3, 69.3, 69, 69, 69
120, 120, 120, 120 120, 120
69.3, 69.3, 69.3, 69, 69, 69

2. a) 델타, 와이.
b) 90, 90, 90, 89, 90, 90
156, 156, 156, 153, 155, 155
90, 90, 90, 89, 90, 90

3. a) 와이, 델타.
b) 120, 120, 120, 120, 120, 120
69.3, 69.3, 69.3, 69, 69, 69
69.3, 69.3, 69.3, 69, 69, 69

4. a) 델타, 델타
b) 120, 120, 120, 120, 120, 120
120, 120, 120, 120, 120, 120

5. b) 120, 120, 120, 120, 120, 120
120, 120, 120, 120, 120, 120

실습평가

1. a) 아니오.
b) 아니오.
델타-델타 최대부하 =  \sqrt 3  \times E \times \sqrt 3  \times I = 3EI\
개방-델타 최대부하 =  \sqrt 3  \times E \times I = \sqrt 3EI\
c) 아니오. 사실상 평형부하에서, 부하하의 2 차 전압은 불평형이 된다. 이는 두 2차 권선들을 지나는 전압강하 때문이다.
2. a) 전체 용량은 세 변압기 용량 각각의 합이다. 3 × 60kVA = 180kVA
b) 전체 용량은 세 변압기 용량 각각의 합이다. 3 × 60kVA = 180kVA
c) 전체 용량은 세 변압기 용량 각각의 합이다. 3 × 60kVA = 180kVA
d) 전체 용량은 세 변압기 용량 각각의 합이다. 3 × 60kVA = 180kVA
e) 60kVA 정격의 두 변압기는 104kVA 를 공급할 수 있다.
 \frac{1}{{\sqrt 3 }} \times 3 \times 60kVA = 104kVA \

3. a) 아니오.
b) 아니오.
c) 아니오.
d) 예.
4. a) 예.
b) 예.
c) 아니오.
d) 아니오.

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