변압기 역가압시 주의점 (Reverse Feeding Dry-Type Transformers)

http://apps.geindustrial.com/publibrary/checkout/Transformer2?TNR=White%20Papers|Transformer2|generic

 

 일반적으로 건식 변압기는 저압을 강압시켜서 게통에 전원을 공급하기 위해서 사용한다.

 

만약에 local code와 AHJ에서 허락 한다면 강압용 변압기를 승압용으로 사용 하는 것도 가능하다. 이럴 경우에 고려해야 할 사안들에 대해서 알아보자.

 

 

돌입전류 (Inrush Current)

 

변압기를 가압하면 0.1초 이하 정도의 특정시간 동안 high inrush current가 발생한다. 전부하전류(Full Load Current)의 8배~12배 정도에 달한다. 특정 입력 전압과 VA rating에 따라, 역가압을 위한 inrush current는 승압용 변압기에 흐르는 돌입전류보다 클 수 있다.

 

예를 들어 GE 9T23B3874 step-down transformer의 경우, 75kVA 60Hz 480volt delta / 208/120V wye secondary, 6 x 2 1/2% voltage taps on HV side.

 

1차측의 OCR이 NEC 450에 따라 적절히 선정되었다고 생각 될 수 있지만, 변압기를 역가압 하게 되면 trip 되게 된다.

이러한 현상은 의도적으로 낮게 설계된 low impedance winding이 역가압 시에는 primary winding으로 동작하게 되어, magnetizing inrush current 가 예상보다 크게 발생하기 때문이다.

 

Magnetizing current는 Motor 기동시의 inrush current와 비슷하다. Full Load Ampare는 90A @ HV, 208A @ LV 이다. 480V에 연결되어 가압될 경우, 최대 peak inrush current는 대략 990A 또는 90A의 11배 정도이다. 하지만 역가압 하여 208V 측으로 연결하면, 최대 peak inrush 는 7700A 또는 208A의 37배 정도가 흐르게 된다. 따라서, OCR은 이보다 높게 선정되어야 한다.

 

 

Voltage Taps

 

표준 step-down 변압기는 primary side(HV) 측에 Tap을 구비하고 있다. 1차측 탭을 낮추면 2차측 전압이 상승하게된다. 변압기가 역가압 될 경우에는 그 운전이 반대가 된다. 말하자면 Tap을 높이면 output voltage도 높아지고, Tap을 낮추면 output voltage도 낮아진다.

 

Tap의 목적은 기기의 터미널 전압 정격에 맞게 전원을 공급하기 위함이다. Tap은 주의를 기울여 사용해야 한다 왜냐하면 무부하/저부하 조건에서는 utility service voltage가 권선을 over-excitation 하여, 정격 core loss와 exciting current보다 크게 한다. 보통 이것은 5%를 초과하지 않는다면 큰 문제는 아니다.

 

 

Compensated Winding (보상권선)

 

변압기의 전압강하는 부하량에 따라 증가하게 된다. 무부하 상태에서는 voltage ratio는 거의 권선비에 비례한다. 전부하 상태에서는 2차측 전압이 권선비 보다 3~4% 정도 낮아진다. 변압기 권선비는 이러한 형상을 보상할 수 있다.

 

3kVA 미만의 작은 변압기는 통상 보상권선을 가지고 있다. 어떤 제작사는 대형 변압기에도 보상권선을 설치한다. 권선비는 무부하상태에서의 3~4%의 과전압이 발생하지만, 전부하 상태에서 2차측 공칭전압을 갖게 해준다.

 

보상권선이 있는 변압기가 역가압 된다면, 보상이 거꾸로 발생한다. 결과적으로 변압기 전압강하는 무부하 상태에서 3~4% 발생하고, 전부하 상태에서 6~8% 발생하게 된다. 따라서, Tap을 조정하여 부가적인 전압강하를 보상해 주어야 된다.

 

 

Grounding

 

역가압할 경우, Delta-wye 변압기의 wye 측이 가압되게 된다. Wye 측은 separately derived 가 아니므로, 중성점은 건물 접지측이나 변압기 외함측에 접지하지 말아야 한다.

Delta 측이 변압기 출력이 되며, Delta 측이 separately derived system 이 된다. 배전시스템이 다른 접지시스템을 규정하지 않는 이상, 출력측 delta "B" 상이 접지 되어야 한다.

(Separately derived system은 NEC 250.30 참고)

 

250.30(A) Grounded Systems. Separately derived systems must be system bonded and grounded in accordance with the following:

 

 

Fan Cooled Transformer

 

Fan 냉각 방식의 변압기는 일반적인 자연냉각 방식보다 작아서 설치 공간이 제한적인 경우 사용된다. 변압기 용량이 cooling fan을 통해서만 충족된다면, UL 은 winding temperature sensor를 1차측 switch에 연결하도록 규정하고 있다. 이 switch는 변압기 권선 온도 한계치를 넘어서면 switch를 개방하게 된다. UL에서는 이 스위치를 1차측에 구비하도록 하고 있으므로, UL규정에 따르면 역가압이 불가능하다.