12. 변압기 Y-△결선에서 △결선의 역할

12. 변압기 Y-△(와이델타)결선에서 △(델타)결선의 역할


앞에서 Y-Y결선을 단독으로 사용하지 않는 이유에 대해서 알아보았다.
yyxx.tistory.com/76

변압기 Y-Y 결선의 문제점에 대해 알아보자.

Y-Y결선의 중성점이 단락되어있지않거나 접지가 끊어진 상태라면 중성점을 통해 영상전류가 흐르지 못해 여자전류가 왜곡되는 대신 철심의 자속이 왜곡되어 유기기전력이 왜곡되는 결과를 낳았다. 유기기전력이 왜곡되면서 부하불평형이 발생하고 여기서 생긴 3고조파전류로 인해서 철심에 견제받지 않는 큰 자속이 발생, 큰 자속으로 인해 철심 코일의 리액턴스 X가 증가하여 1선지락발생으로 지락전류가 발생해도 전류가 작게 흘러서 보호계전기 동작이 안 되는 일이 발생했다. 그러므로 Y-Y결선을 단독으로 쓰는 일은 거의 없다.

대신 Y-△결선, Y-Y-△결선처럼 Y결선과 △결선을 혼합하여 사용하게 된다. 둘을 혼합하여 사용했을 때 △결선이 어떤 역할을 해주기에 같이 쓸 수 있는걸까?

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1. Y-△(와이델타)결선에서 △(델타)결선의 역할
2. Y-Y-△(와이와이델타)결선에서 △(델타)결선

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1. Y-△(와이델타)결선에서 △(델타)결선의 역할

Y - △(와이델타) 결선

위의 결선은 1차측이 Y결선, 2차측이 △결선이다. 1차측의 중성점은 개방되어 있고, 2차측은 무부하 상태이다.
1차측의 중성점이 개방되어 있기 때문에 영상분전류인 3고조파(Io)가 중섬점으로 빠져나가지 못하는 구조이다. 1차측의 여자전류는 왜곡되지 못하고 I(A1), I(B1), I(C1) 정상적인 형태의 정현파 전류만 흐르고 있다. 여자전류가 왜곡되지 못하므로 철심에 흐르는 자속(Φo)이 왜곡되고 유기기전력(E)는 dΦ/dt 에 의해 생성되므로 유기기전력 역시 왜곡된다. 여기까지는 앞에서 봤던 Y결선의 중성점이 단락 혹은 접지 되지 않았을 때 상태와 같다. 하지만 결과적으로는 △결선에 의해서 위의 자속(Φo)과 유기기전력(E) 왜곡은 일어나지 않는다.






△결선에서 일어나는 일을 확인해보자.

Y - △(와이델타) 결선

1차측 Y결선의 검은색 V(A), V(B), V(C)은 2차측의 하늘색 V(a),V(b),V(c)로 전달된다. 이 때 V(a),V(b),V(c)에는 왜곡된 자속(Φo)에 의한 왜곡된 유기기전력이 전달된다. 그러므로 V(a),V(b),V(c)에는 왜곡된 전압(3고조파)이 섞여있다. 왜곡된 전압을 Vo로 표현하면 2차측 △결선 각 상의 전압은 V(a)+Vo , V(b)+Vo , V(c)+Vo(정상분전압 + 영상분전압)로 표현할 수 있다.


△결선에서 정상분 전압 V(a),V(b),V(c)는 같은 크기에 120º위상차를 가지므로 결국 합은 0이 되고 없어진다. 그러나 왜곡된 전압 Vo는 영상분전압으로 크기와 위상이 같으므로 세 전압은 합쳐져서 3Vo로 남게 된다. 남아있는 3Vo는 3Io의 전류를 흐르게 하고 이 전류가 변압기 철심에 흐르게 되면서 자속(Φo')을 발생시킨다. 새로 만들어진 자속(Φo')은 앞에 만들어졌던 왜곡된 자속(Φo)의 3고조파를 상쇄시키는 역할을 한다. 결국 자속의 왜곡이 없어지고 유기기전력의 왜곡 또한 없어진다.


자속, 유기기전력 왜곡이 없어지면서
(1) 변압기 기전력의 정현파가 유지되고 불평형이 없어진다.
(2) 변압기코일의 리액턴스(X)값이 작아지면서 지락전류가 정상적으로 흘러 보호계전기가 정상동작 한다.

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2. Y-Y-△(와이와이델타)결선에서 △(델타)결선

Y-Y-△결선에서도 위와 같은 이유로 △결선을 같이 해준다. Y-Y결선의 중성점 접지 방식은 변압기 설계시 절연값을 낮출 수 있어서 경제적 장점이 있기 때문에 많이 사용하게 된다. 그래서 △결선을 추가하여 단점을 보완하면서 사용하는 것이다. Y-Y결선에 안정성을 보장해주는 역할을 하므로 여기서의 △결선을 '안정권선(Stabilizing winding)'이라고 부른다. 안정권선인 △결선으로 소내전력공급 혹은 무효전력보상을 해주기도 한다.