zig-zag transformer 를 왜 사용할까?

When You Ground Ungrounded System With Grounding Transformer (photo credit: http://www-ppd.fnal.gov)

 

3상 시스템에서 중성점은 직접 접지 되거나 또는 impedance/resistance를 통해 접지된다. 그런데 델타 권선의 경우와 같이 중성점을 구할 수 없을때는 중성점을 만들어내야 한다. 이러한 목적으로 접지변압기가 사용되고, 이는 지그재그 변압기 또는 Y-D 변압기이다.

 

가장 중요한 목적은 : 1) 고조파 제거 2) 사고시의 전압상승 억제

https://circuitglobe.com/zig-zag-transformer.html

고장전류의 통로로 이용하여 delta system 에서의 고장전류 검출 및 차단의 목적으로 지그재그 변압기가 사용된다.

변압기 size는 중성 전류와 지락 전압을 "K" 상수로 곱하여 구한다. "K" 상수는 relay가 동작하여 차단기를 개방하는데 걸리는 시간에 따라 결정된다. 

12kV 시스템의 상전압은 7.2kV (12/1.732) 이다.
1선 지락 전류가 4000A 라고 가정하면, 변압기의 3상 KVA 용량은 아래와 같이 구해진다.

kVA = 7.2 x 4000 x K 

K는 아래 표에서 구할 수 있다.

       time          K
      10 sec       0.064
       1 min       0.104
       2 min       0.139
       3 min       0.170
       4 min       0.196
       5 min       0.220

만약 발전기가 3상 4선식 이라면, 위의 식을 무시하고 허용가능한 maximum unbalance current를 처리하기 위해 선정될 수도 있다. 지락계전기의 Maximum pick-up time 에 7.2kV 곱한다.

지그재그 접지 변압기는 Y-D 접지 변압기와 같은 방식으로 운용된다.
지그재그 접지 변압기는 isolated neutral 시스템에서 안정적인 중성점 접지를 가능하게 한다.
흔히 사용되는 형태는 2차 권선이 없는 3상 지그재그 변압기 이다.
short-time KVA rating은 rated line-to-neutral current 와 동일하다.
지그재그 변압기는 약 10초 정도의 제한된 시간동안 정격 전류를 흐르도록 설계된다.
그러므로, 일반적인 동일한 용량의 3상 변압기보다 물리적으로 1/10 정도 크기이다.
지그재그 변압기의 연속 정격은 변압기 보호계전기의 세팅을 위해 필요하다. 
일반적으로 보호계전기의 합리적인 세팅을 위해서  최소한 10초 정격의 10% 정도의 연속 전류 정격이 적정하다.

Electrical Systems anslysis and design for industrial plants.  page 162

 

 

지그재그 변압기의 정격은 보통 10초이지만 60초와 같은 다른 정격도 가능하다. 제한된 시간의 정격은 full time 변압기보다 훨씬 작다는 것을 의미한다.

 

 

 

 

 

 

https://www.quora.com/How-does-a-zig-zag-transformer-work

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https://electrical-engineering-portal.com/zigzag-transformer-connection-overview

ZigZag Transformer Connection Overview