TAP CHANGER

변압기 탭에 대하여

1. 탭의 필요성
 변압기는 2차측(저압측 또는 부하측)전압을 규정된 정격전압으로 유지하는 것이 바람직 하나, 실제의 변압기는 변압기 설치장소마다 수전전압(1차전압)이 일정하지 않고, 부하전류의 크기 및 역률에 따라 변압기 자체의 내부전압강하도 계속 달라지므로, 2차측 출력전압 또한 변동되게 됩니다. 이와 같이 변동되는 2차전압을 정격전압에 가깝게 조정할 수 있도록 설치해 놓은 것이 탭입니다.  탭은 주로 변압기 1차권선에 설치되는데, 그 이유는 변압기의 수전전압(1차전압)이 정격전압 이상의 과전압이 될 경우에도 철심이 과포화되는 것을 막을 수 있고, 1차(고압)권선에 흐르는  전류가 적은 만큼 탭 및 탭 인출 리드등의 단면적도 작게 할 수 있어 경제적인 제작이 가능하기 때문입니다.

 2. 탭 절환에 의한 2차전압 조정의 원리변압기 전압과 권수와의 관계는1차권선의 전압 및 권수를 각각 V1, N1 2차권선의 전압 및 권수를 각각 V2, N2라 할 때 (V1/N1) = (V2/N2) 로서,   1, 2차 권선의 1회권당 전압(volts/turn)은 서로 같습니다.  여기서, 1차권선의 권수(N1)을 증감시킴에 따라 (단, V1, N2는 일정한 상황에서) 2차전압(V2)은 이에 반비례하여 변한다는 것을 알 수 있는데, 바로 이것이 탭절환에  의한 2차전압 조정의 원리입니다.
  변압기 탭은 높은 전압 탭에서는 그에 비례하여 권선의 권수(권회수 : number of turns)가 많고, 낮은 전압 탭에서는 그만큼 권수가 작게 만들어져 있습니다.  따라서, 2차전압(V2)이 정격전압보다 높아진 경우, 1차권선의 탭을  높은 전압 탭으로 절환하면  1차권선의 권수(N1)가 많아지므로 1회권당 전압이 감소하게 되고,  이에 따라 2차전압(V2) 또한 감소하게 됩니다.   반대로, 2차전압(V2)이 정격전압보다 낮아진 경우, 1차권선의 탭을 낮은 전압 탭으로 절환하면 1차권선의 권수(N1)가 작아지므로 1회권당 전압이 증가, 2차전압(V2)이 증가하게 됩니다.

 3. 탭절환기의 종류
  이상과 같이 탭을 변환시키는 기기를 탭 절환기(또는 탭절환 장치) 라고 하며, 탭절환기에는 NVTC(No Voltage Tap Changer : 무전압시 탭절환기) 및 OLTC(On   Load Tap Changer ;   부하시 탭절환기)의 2종류가 있습니다. NVTC(주로 배전용변압기에  설치됨)는 변압기가 무전압인  상태에서만 탭을 절환시킬 수 있는 기기로서, 대개 변압기 설치시 수전전압에 맞춰 탭을 절환하여  줌으로써 원하는 2차전압을 얻는데 사용합니다. OLTC(주로 초고압 전력용 변압기에 설치됨)는  변압기 운전 중에도 탭절환이 가능한 기기로서, 운전 중인 변압기는 송배전선로에서 전압변동(즉 , 1차 수전전압의 변동) 및 부하전류 증감에 따른 변압기 내부 전압강하의 변동등에 의해2차전압이 변동되나, OLTC를 설치함으로써 이러한 2차전압 변동을  최소화할 수 있습니다.

 4. 탭절환에 의해 변동되는 변압기 특성
  1) 변압기 용량 : 국내 대부분의 변압기는 정격전압이하의 전압에서는  운전용량을 감소시켜 주어야 하는 저감용량(reduced capacity) 변압기이므로, 정격전압   이하의 탭에서는 변압기 용량이 감소합니다. 이에 대하여 최소전압 탭에서도 정격용량으로 운전가능한 변압기를  전용량(full capacity) 변압기라고 합니다.
  2) 손실 및 온도상승 : 저감용량 변압기는 대부분 정격전압 탭에서 최대손실, 최고온도상승이 일어나며, 전용량 변압기는 대부분 최소전압 탭에서 최대손실,  최고온도상승이 일어납니다.
  3) %임피이던스 : 탭절환에 의해 %임피이던스가 증감되며, 그 값은   변압기 권선구조에 따라  다릅니다.

 5. Tap 절환 장치의 선정

변압기의 Tap 절환기의 선정에 있어서 변압기의 제반 특성을 다음과 같이 알아야 한다.
 1) 변압기의 용량
 2) 결선방식
 3) 정격 전압과 전압 조정범위
 4) 절연계급
 5) 절환스윗치의 개폐용량
 6) 허용단락강도
 7) 절환 스위치의 접점수명
 8) 자동전압장치의 사용여부
 9) Tap 절환기의 1차 또는 2차측 설치 여부
 

6. Tap 절환방식

변압기의 권선에 Tap를 설치하여 Tap 절환을 행하여 전압 조정을 시킬 수 있는 장치이다. 전원전압이나 부하의 변동에 불구하고 일정전압을 공급/유지하기 위하여 변압기에 Tap을 설치하여 탭위치를 조정함에 따라 2차측 전압을 조정할 수 있으며, 이러한 장치에는 부하시 탭절환장치와 무부하시 Tap 절환장치가 있다.

1) 부하시 Tap 절환방식(On-load tap changer : O.L.T.C or U.L.T.C)

부하시 Tap 절환장치는 부하가 걸린채로 전압을 조정하여야 함으로 무부하 Tap 절환장치보다 복잡하고 고가이며, 구성부품으로 절환 스위치, Tap 선택기 2조의 가동부분 접촉자와 절환개폐기, Tap 절환기 헤드, 수동 Handle 및 전동 구동장치(3상 220/380V), Tap 범위를 확대하기 위한 전위 절환기 또는 극성 절환기,AVR (Automatic Voltage Regulator, Microprocessor Controlled), Line Drop Compensator, Local/Remote Tap 위치표시기 등으로 구성된다. 발주시 Option 사항으로 특별한 경우 Tap 절환장치내의 Oil을 정화 시키기 위한 Stationary Oil Filtering Unit 장치를 설치하는 것이 바람직하다.

OLTC의 동작은 구동장치에 의해서 탭 선택기의 예비 가동 접촉자를 다음 단계 접촉자를 탭에서 분리함으로써 희망하는 탭으로 회로를 연결시켜주는데, 절환 스위치가 동작할 때까지 일시적으로 한 단계의 탭구간을 저항(Tap Changer내부에 설치됨) 이나 Reactance(변압기 내부에 소형의 Reactor설치어 Tap 변환시 전압의 Flicker가 가장 적다)를 통해서 단락시켜 탭전압에 의한 순환전류가 과대하게 흐르지 않도록 한다.

부하시 Tap 절환장치의 전압 조정범위는 일반적으로 ±10% 이고 가능한 소전류의 권선의 중성점에 설치하는 것이 경제적이며, 3상 3각결선시 2조의 OLTC(Combination of OLTC for delta connection)가 설치되어 동시에 조작되도록 되어있다.

참고 : 154kV의 중성점이 직접접지 방식인가 또는 비접지 방식인가에 따라 부하시 Tap 절환방식(On-load tap changer : O.L.T.C or Under load tap changer : U.L.T.C)의 정격 사용전압이 달라지므로 상당히 주의를 하여야 한다. 한전의 경우 72kV의 절연을 갖도록 하고 있으므로 이 전압에 적합한 정격을 사용하면 비접지 계통에서 사용하는 것보다 경제적일 수 있다.

*Tap 범위의 예

154kV ±8x1.25% Step(17 Taps)
22.9kv ±8x1.25%Step(17 Taps)
 Maker : MR(MASCHINENFABRIK REINHAUSEN) 사 의 경우 Tap의 종류는 다음과 같다.
홀수의 Taps : ±9, 11, 13, 15, 17
짝수의 Taps : ± 8, 10, 12, 14, 16

국내의 H Maker에서는 17Tap 또는 21Tap OLTC를 요구에 따라 공급되며, OLTC수명은 기계적 80만회 전기적 30만회의 동작시까지 보
증하고 있다. 그러나 일반적으로 국내에서 독일의 MR(MASCHINENFABRIK REINHAUSEN) 사의 제품이 가장 신뢰성이 있어 80-90% 사용되고 있다.
 

2) 무하시 Tap 절환방식(No-load tap changer : N.L.T.C)
Tap 절환 반드시 변압기 운전을 정지하여야 하므로 전압조정이나 부하의 변동에 따라서 신속하게 조정할 수 가 없어 사용조건에 따라 한
번 맞추어 놓은 경우가 많다.
6.9kV±2x2.5%(5Taps), 6.9kV±2x5%(5Taps)
22.9kV±2x2.5%(5Taps), 22.9kV±2x5%(5Taps)
154kV±2x2.5%(5Taps),

3) Auto Transformer에서의 tap 절환방식(IEC 76-1,1993, page 37)

(1) High voltage Change 방식        
 고압절환은 고압수전 전압의 변동에 대하여 철심의 자속밀도의 변화가 적기 때문에 유리하나, 고압용 부하시 Tap절환기와 고압용 직열변압기가 있어야 하는 결점으로 불경제적이다.      

(2) Netural Point Change 방식의 장단점     
 - 중성점에  Tap 절환을 하면 고저압 양권선에 동시에 변화하므로 Tap의 이용율이 떨어져 Tap을  등 간격으로 내어도 전압이 동일한  Step으로 변화하지 않는다. 따라서 조정범위가 작고,  Co-ratio 가 비교적 큰 단권변압기에 사용된다.      
 - 장점으로  중성점 직접접지 방식에서 Tap Changer의 절연 Level를 작게 할 수 있다.    

(3) CFVV(Contandt flux voltage variatio)    
변압기의 권선비의 선정을 Volt/turn의 기준으로 선정되며  2권선 변압기의 경우 단권변압기의 경우와 같이 변동이 없으므로 탭절환기를 중성점에 설치하여도 Volt/turn에 의한 전압변환이 가능하므로 중성점에 설치하여도 단권변압기와 같은 문제가 없다.      

(4) VFVV(Variable flux voltage variatio)
단권변압기에서 중성점 탭절환기를 설치하여 Tap를 변경시킬 경우 양 권선이 동시에 권수비대로 변화 않음으로 권수에 의존하지 않고  일종의  Flux변화를 기준으로 하여 일정한 전압변동을 주기 위하여 권선의 Turn 수를 가감(즉 자속밀도를 변화시키는 의미)하여 전압을 일치시키는 방식임.

[출처] TAP CHANGER |작성자 newzola