변압기란? & 변압기의 구조

이번에는 변압기의 구조에 대하여 알아보도록 하겠습니다!
 

변압기란?

 하나의 회로에서 교류전력을 받아 전자유도작용(electro magnetic induction)에 의해서 이것을 같은 주파수의 교류전력으로 변성해서 다른 회로에 공급하는 기기를 말합니다.
 우리가 전기를 보낼 때에 거리가 멀게 되면 전선의 저항에 의한 전압강하 때문에 전선의 굻기가 굵어져야 합니다. 그렇게 되면 구리가 많이 들어가서 가격이 비싸지게 되는데요. 이럴 때, 보내는 전압(송전전압)을 높게 한다면 저전압 일 때에 비하여 전선에 흐르는 전류가 작아져서 상대적으로 전선의 굵기가 얇게 할 수 있어 같은 거리를 보내더라도 경제적인 이점이 있습니다. 그렇다면 발전소에서 보내는 특고압의 전기가 우리집까지는 바로 올 수 있을 까요? 우리집에서는 220[V]를 사용하는 데 말이죠. 그래서 변압기가 필요한 것입니다. 발전소 및 변전소(1차 변전소, 배전 변전소)에서 공급하는 765, 345,154, 22.9 [kV] 등의 전압을 변압기를 통하여 강압하여 우리집(수용가)에 공급하게 됩니다.
 

변압기의 구조

변압기는 내철형과 외철형으로 나누어 집니다. 내철형은 말 그대로 안쪽에 철심이 있고 다리에 권선이 감긴 것입니다.

효성 1000kVA 변압기 외형도

 

변압기 내철형과 외철형

 
외철형은 권선이 안쪽에 있으며 철심으로 둘러 싸인 모양입니다. 또 권철심형이 있는데 권선 주위에 방향성 규소강대를 나선형으로 감아서 철심으로 사용한 것을 말합니다. 외철형의 철심대신 철판을 휴지심 말아 놓은 것처럼 생겼다고 이해하시면 되겠습니다.
 

철심

 철심에는 비투자율과 저항율이 크고 히스테리시스손이 적은 규소강판을 사용한다. 규소강판의 규소함유량은 4~4.5 [%]이며, 두께는 0.3~0.6 [mm], 전력용이 보통 0.35 [mm]이다.
 

도체(권선)

둥근동선이나 평각동선 등을 사용하며 전류가 적은 경우에는 주로 둥근동선을 사용한다. 전압에 따라 면사, 종이테이프, 유리섬유 등으로 피복한 것을 사용한다.
 

절연유, 변압기유

 변압기의 절연은 철심과 권선 사이의 절연, 권선상호간의 절연, 권선층간의 절연으로 나뉩니다. 보통 절연유 안에서 사용되므로 절연물은 모두 내유성이 커야 합니다. 절연물로 권선을 완성하면 절연바니시에 담가 전기적인 강도를 증대시킵니다. 변압기에 사용하는 절연유는 광유를 사용합니다. 공기에 비하여 수 배의 절연내력이 있고 비열이 공기보다도 크며 냉각 매체로 유효하기 때문입니다.
 변압기에 사용하는 절연유는 절연내력이 클 것, 절연재료 및 금속과 접촉해도 화학작용을 미치지 않을 것, 인화점이 높을 것, 유동성이 풍부하고 비열이 커서 냉각효과가 클 것, 고온에서도 석출물이 생기거나 산화하지 않을 것 등의 구비조건을 갖추여야 합니다.
 변압기 외함이 밀폐되어 있지만 사용함에 따라 대기압과 외함 내의 공기압이 달라지면서 공기가 출입하게 됩니다. 이것을 변압기의 호흡작용이라 합니다. 이 때문에 공기 중의 수분으로 인하여 산화작용으로 변압기유의 절연내력이 저하합니다. 이러한 작용을 방지하기 위하여 콘서베이터(conservator)를 설치합니다. 콘서베이터에는 습기를 제거할 수 있는 실리카겔이 담긴 호흡기(흡습호흡기)를 설치합니다.

변압기 외관

 절연의 분류로는 내열 특성에 따라 아래의 표처럼 나타냅니다.

절연의 종류	허용 최고 온도[°C]
Y	90
A	105
E	120
B	130
F	155
H	180
C	180을 초과

 

외함(Casing)

 변압기 본체와 절연유를 넣은 외함은 주철제나 강판을 용접해서 만든다. 소용량은 표면을 평활하게 하나 용량이 커지면 방열면적을 크게 하기 위하여 파형철판을 붙이거나 방열기, 방열관을 설치한다.
 

부싱(Bushing)

 변압기에서 나오는 선은 변압기 외함을 통과하여 나오기 때문에 외함에 닿지 않도록 부싱을 설치하여 기기를 사용하도록 합니다. 이때의 선을 구출선이라 합니다. 이 구출선과 외함사이에 누설전류가 생기지 않도록 충분히 연면거리를 갖고 이상전압의 상승, 또는 전압에 대하여 안전하도록 적당한 플래시오버 전압값을 갖는 형상으로 합니다.
사용전압에 따라 단일형 부싱, 컴파운드 부싱, 유입부싱, 콘덴서 부싱 등으로 나누어집니다.

이렇게 오늘은 변압기가 무엇을 하는지 또 구조에 대하여 알아보았습니다. 다음에도 다른 내용을 가지고 돌아오도록하겠습니다.^^

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