변압기의 무부하 시험과 단락 시험

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 17번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2010년 1차 · 2010년 2차 · 2010년 3차 · 2011년 1차 · 2011년 2차 · 2012년 1차 · 2012년 3차 · 2014년 3차 · 2015년 2차 · 2015년 3차 · 2016년 3차 · 2017년 1차 · 2017년 2차 · 2020년 2차 · 2021년 1차 · 2021년 2차 · 2022년 1차

2 쉬운 설명

무부하 시험은 2차를 열어 둔 채 정격 전압을 걸어 철손과 여자 전류(무부하 전류)를 구하는 시험이고, 단락 시험은 2차를 단락한 채 낮은 전압을 걸어 정격 전류를 흘려 임피던스 전압과 동손을 구하는 시험이다.

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무부하 시험에서는 전류가 아주 작은 여자 전류뿐이어서 동손이 거의 없고, 철심에는 정격 자속이 걸리므로 입력 전력이 거의 철손이 된다. 철손은 철심 속 자속이 변하며 생기는 손실이어서 전압에 따라 정해지고, 전압이 일정하면 부하와 상관없이 거의 일정하다.

단락 시험은 2차를 단락한 채 1차에 낮은 전압을 높여 가는 시험이다. 2차에 정격 전류와 같은 전류가 흐를 때 1차에 걸어 준 전압이 임피던스 전압이며, 정격 전류가 흐를 때 변압기 내부(권선의 저항·누설 리액턴스)에서 생기는 전압강하와 같다. 전압이 낮아 자속이 작으므로 철손은 거의 무시할 수 있어, 입력은 대부분 권선 저항에서 생기는 손실, 곧 동손과 같고 이를 임피던스 와트라 부른다.

퍼센트 저항강하는 정격 전류가 흐를 때 권선 저항에서 떨어지는 전압이 정격 전압의 몇 % 인지를 나타내며, 전력으로 보면 동손이 정격 용량의 몇 % 인지와 같다. 단락 시험에서 동손이 150 W, 정격 용량이 5 kVA 이면 $p=\frac{\text{동손}}{\text{정격 용량}}\times100\,[\%]$ 에서 5 kVA 는 $5000\,\mathrm{VA}$ 이므로 $p=\frac{150}{5000}\times100=3\,\%$ 이다. 함께 주어진 임피던스 전압 120 V 는 저항과 리액턴스를 합친 값에서 얻은 값이라 퍼센트 저항강하를 구하는 데 직접 쓰이지 않는다.

무부하 전류 $I_{0}$ 는 철손을 채우는 철손 전류 $I_{c}$ 와 철심에 자속을 만드는 자화 전류 $I_{\varphi}$ 로 나뉜다(기호는 문항마다 다르게 적히므로 이 장에서는 이렇게 쓴다). 철손 전류는 전압과 같은 방향이고 철손을 1차 전압으로 나눈 값이다. 자화 전류는 전압과 $90^{\circ}$ 어긋나 일을 하지 않으며, 두 성분이 직각이므로 $I_{0}^{2}=I_{c}^{2}+I_{\varphi}^{2}$ 이다.

1차 전압이 3,300 V, 무부하 전류가 0.15 A, 철손이 330 W 인 단상 변압기에서 철손 전류는 철손 330 W 를 1차 전압 3,300 V 로 나눈 0.1 A 이고, 자화 전류는 $I_{\varphi}=\sqrt{0.15^{2}-0.1^{2}}\approx0.112\,\mathrm{A}$ 이다. 자화 전류는 무부하 전류의 한 성분이므로 무부하 전류 0.15 A 를 넘을 수 없다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 무부하 시험은 철손(2차 개방, 정격 전압), 단락 시험은 동손(2차 단락, 정격 전류). 절연내력은 따로 하는 고전압 시험이다.

암기팁 등가회로 정수는 단락 시험 + 무부하 시험 + 권선 저항 측정으로 구한다. 부하 시험은 필요 없다.

함정 주의 여자 컨덕턴스는 철손

P_i

를 1차 전압

V_1

의 제곱으로 나눈

\displaystyle g_0 = \frac{P_i}{V_1^{2}}

이다. 1차로 환산하라고 했으면 1차 전압을 쓰며, 용량과 2차 전압은 이 계산에 필요하지 않다.

무부하 시험으로는 철손과 여자 전류를, 단락 시험으로는 동손과 임피던스 전압을 구하고, 철손·동손으로 효율을, 동손과 임피던스 전압으로 전압변동률을 계산할 수 있다. 「구할 수 없는 것」은 절연내력이다. 높은 시험전압을 따로 걸어 보는 시험으로 확인한다.
절연내력 시험 방법은 가압 시험 · 유도 시험 · 충격전압 시험이다. 무부하 시험은 철손과 여자 전류를 재는 특성 시험이어서 절연내력 시험 방법이 아니다.
철손을 알 수 있는 시험은 무부하 시험(2차 개방, 정격 전압)이고, 단락 시험은 자속이 작아 철손이 거의 없다. 임피던스 와트(정격 전류가 흐를 때의 권선 손실, 곧 동손과 관련된 값)는 단락 시험으로 구한다.

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임피던스 전압을 묻는 문제의 답은 「정격 전류가 흐를 때 변압기 내의 전압강하」이다. 여자 전류가 흐를 때의 전압은 무부하 시험의 값이고, 정격 전류가 흐를 때의 2차측 전압은 부하에 공급하는 전압이다. 기준이 되는 전류는 여자 전류나 2차 단락전류가 아니라 정격 전류이다.
퍼센트 저항강하는 동손을 정격 용량으로 나눠 100 을 곱한 값이다. kVA 로 주어진 정격 용량은 VA 로 바꿔 나누고, 함께 주어진 임피던스 전압은 쓰지 않는다.
자화 전류는 철손 전류(철손 ÷ 1차 전압)를 먼저 구한 뒤 $I_{0}^{2}=I_{c}^{2}+I_{\varphi}^{2}$ 에서 구한다. 자화 전류는 무부하 전류의 한 성분이므로 무부하 전류보다 클 수 없고, 여자 리액턴스는 전압을 자화 전류로 나눈 값이다.

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2010년 3차 전기기기 43번 — 변압기 임피던스 전압의 뜻변압기의 임피던스 전압은?옳은 것 고르기해설 보기 →2015년 2차 전기기기 49번 — 퍼센트 저항강하 구하기5KVA 3300/210V, 단상 변압기의 단락시험에서 임피던스 전압 120V, 동손 150W라 하면 퍼센트 저항강하는 몇 %인가?계산해설 보기 →2021년 1차 전기기기 45번 — 무부하 전류에서 자화 전류 구하기1차 전압은 3,300[V]이고 1차측 무부하 전류는 0.15[A], 철손은 330[W]인 단상 변압기의 자화전류는 약 몇 [A]인가?계산해설 보기 →

6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 16개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기

변압기의 무부하 시험

2차측 개방·정격전압 인가 조건에서 측정한 입력손실은 여자전류에 의한 것으로 거의 전부 철손에 해당한다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 2문항이 인용

변압기의 무부하 시험과 단락 시험

무부하시험은 철손을, 단락시험은 동손을 구하며, 절연내력은 별도의 고전압 시험으로 확인한다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 2문항이 인용

%저항강하

%저항강하는

p = \dfrac{P_c}{P_n}\times100

로 동손과 정격용량의 비이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

변압기 단락시험

2차를 단락하고 1차에 정격전류가 흐르게 한 전압이 임피던스 전압이고, 이때의 입력이 임피던스 와트(동손)이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

변압기 등가회로 정수 결정법

등가회로 정수는 무부하시험·단락시험·권선저항 측정으로 구하며 부하시험은 필요하지 않다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

변압기 등가회로 정수 측정 시험

무부하 시험은 철손·여자전류를, 단락 시험은 임피던스 전압·임피던스 와트(동손)를 구하는 시험이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

변압기 무부하 등가회로

무부하 전류는 철손 전류와 자화전류의 직각 합이며

X_{0}=\frac{V}{I_{\phi}}

이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

변압기 무부하 전류의 구성

무부하 전류는 철손 전류와 자화 전류의 직각 합성

I_0=\sqrt{I_w^{2}+I_\phi^{2}}

이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

변압기 임피던스 전압의 정의

임피던스 전압은 2차 단락 상태에서 1차에 정격전류가 흐르도록 인가한 전압으로, 정격전류가 흐를 때 변압기 내부에서 생기는 전압강하와 같다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

변압기의 단락시험과 임피던스 전압

2차를 단락한 채 2차 전류가 정격값이 되도록 1차에 걸어 준 전압이 임피던스 전압이며, 이는 정격전류가 흐를 때 변압기 내부 저항·리액턴스에 의한 전압강하와 같다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

변압기의 무부하 전류

무부하 전류는 철손전류와 자화전류의 벡터 합으로

I_{0}=\sqrt{I_{i}^{2}+I_{\phi}^{2}}

이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

변압기의 시험

절연내력시험에는 가압시험, 유도시험, 충격전압시험이 있고 무부하시험은 철손과 여자 전류를 구하는 특성시험이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

변압기의 여자 컨덕턴스

변압기의 철손

P_i

는 1차 전압

V_1

에서

P_i = g_0V_1^{2}

이므로 여자 컨덕턴스는

g_0 = \frac{P_i}{V_1^{2}}

이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

변압기의 여자전류

무부하 전류는 철손 전류 성분과 자화 전류 성분의 벡터 합(직각)이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

임피던스 전압

단락시험에서 정격 전류가 흐를 때의 1차 전압으로, 변압기 내부 임피던스에 의한 전압 강하이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

퍼센트 저항강하

단락시험의 동손을 정격 용량으로 나눠 100 을 곱한 값과 같다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 19문항 중 1문항이 인용

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