7. 변압기의 %임피던스(%Z)에 대해 알아보자.

7. 변압기의 %임피던스(%Z)에 대해 알아보자.

변압기 명판, 도면에서의 %임피던스(%Z)

변압기의 명판을 보면 %임피던스(%Z) 항목이 있다. %임피던스는 어떤 값인가?
-> 변압기에 정격전류를 흘리는 경우에 발생하는 임피던스 강하와 정격전압의 비를 %값으로 표시한 값이다.

변압기 근사등가회로(2차측 기준)

위의 회로는 변압기의 근사등가회로이다. 변압기 등가회로를 근사등가회로로 바꾸는 과정을 거쳐서 변환했다.(2차측 기준 변환)
위의 회로에 정격전류(I2)를 흘려주게 되면 2차측에 정격전압(v2)가 걸리게 된다. 이 때 임피던스 강하는 변압기의 내부임피던스(Req + Xeq = Zeq)에 의한 전압강하를 말한다. (*Req = 권선저항, Xeq = 누설리액턴스).

정격전류(I2) x 내부임피던스(Zeq) = 변압기의 내부임피던스에 의한 전압강하이므로
( (I2 x Zeq) / v2 ) x 100 = %임피던스(%Z) 이다.

그렇다면 변압기의 %임피던스(%Z)는 어떻게 정해지게 될까?
%임피던스는 변압기의 내부임피던스 값에 의해 정해지는 값임을 알았다. 내부임피던스(Zeq)를 크게 만들거나, 작게 만듦에 따라 %임피던스 값이 달라졌다. 그러면 임피던스 값이 커지고 작아짐에 따라서 어떤 영향을 주나 생각을 해봐야한다.

1. 변압기의 임피던스는 권선의 저항(Req)과 누설리액턴스(Xeq)로 이루어져있다. 그러나 그러나 권선의 저항은 누설리액턴스에 비해 아주 작으므로 누설리액턴스에 의해서 변압기의 임피던스가 결정된다고 봐도 무방하다.

2. 누설리액턴스를 키워서 임피던스 값이 커진다면 (1) 단락전류가 감소한다. (2) 전압변동률이 증가한다. (3) 계통의 안정도가 저하된다.
누설리액턴스를 줄여서 임피던스 값이 작아진다면 (1) 단락전류가 증가한다. (2) 기계적으로 부담이 된다.

3. 대용량 변압기는 단락용량이 큰데, 변압기 내부 임피던스가 증가하면 차단기 등의 정격을 낮출 수 있다.
(임피던스가 증가하면 단락용량은 작아지지만 전압강하가 심해져서 부하운전시 불리하다.)

4. 변압기에서 임피던스 크기가 규소강판과 동의 중량비를 결정해서 변압기의 가격이 달라진다.
- 변압기 내부 임피던스 크기는 누설리액턴스(Xeq)에 의해 대부분 결정된다. 즉 변압기 철심을 감고 있는 코일의 누설자속이 많아지면 임피던스가 증가하는 것이다. 누설자속을 늘리거나 줄이기 위해서는 코일 감은 횟수를 결정해야하는데, 이 때 감은 코일에 따라 규소강판과 동의 중량비가 달라져서 경제성을 따져서 설계해야한다.

5. %임피던스는 권선의 절연계급과 관련이 있어서 절연계급이 클수로 크게 되는 경향이 있다. 즉 고압의 변압기 일수록 %Z가 커지는 경향이 있다. 절연계급에 따라 적당한 임피던스 값이 존재한다.