변압기 극성 이해 (감극성, 가극성 비교)

변압기 극성 이해 (감극성, 가극성 비교)

 

 

 

1. 변압기 극성을 이해해야 하는 이유

변압기나 변성기 등 우리나라는 감극성을 표준으로 하고 있어 모든 제조사에서는 감극성으로 제작됩니다. 제작상 극성이 바뀔 경우 벡터의 방향이 180도 바뀌며 극성이 바뀐 상태에서 결선하게 되면 자속의 변화로 유기기전력 크기, 전류의 변화가 발생하므로 극성을 정확히 이해해야 합니다.

1) 병렬운전 시 순환전류(단락) 방지

두 대 이상의 변압기를 병렬로 연결할 때 극성이 다르면 위상이 반대가 되어 내부에서 큰 단락전류(순환전류) 가 흐릅니다.

변압기 과열, 차단기 트립, 코일 소손 및 고장 위험이 일어날수 있습니다. 따라서 병렬 연결은 극성 일치가 최우선 조건입니다.

 

2) 결선 오류 방지 및 전압 방향 확인

감극성/가극성에 따라 1차와 2차 전압이 서로 더해질지 서로 상쇄될지가 결정됩니다.

즉, 극성을 모르면 필요한 출력 전압이 나오지 않거나 오결선으로 전압이 이상하게 측정됩니다.

 

3) 보호계전기 및 계측기 운용

부하 측 전압이 기준과 반대로 형성되면

· 변류기/변압기 신호 위상이 어긋남

· 보호계전기 오동작 가능

· 차단기 오동작으로 전력계통 사고 확대 위험

따라서 위상 방향의 기준 확보에 극성 이해가 필요합니다.

 

4) 시험 및 유지보수 필수 지식

변압기 검수 과정에서 시행하는 주요 항목은 아래와 같습니다.

· 폴라리티 테스트 (Polarity Test)

· 무부하 시험

· 병렬 접속 전 점검

극성을 모르면 시험값 해석 불가하며 오판으로 고장 원인을 놓칠 수 있습니다.

 

5) 계통 혼선 및 안전 문제 예방

극성을 이해하면 다음과 같은 위험을 피할수 있습니다.

· 상반된 전압 접속으로 인한 감전 위험 증가

· 패널, 차단기, 분전반 구성 시 오결선

· 예측 못한 전압 상승/하락으로 설비 손상

 

 

2. 감극성 변압기 (Subtractive Polarity)

1차 권선과 2차 권선에 발생하는 유기 기전력의 방향이 서로 반대인 경우입니다. 두 권선을 직렬로 연결했을 때 전압이 서로 상쇄되는 방향으로 작용하며, 국내 표준 변압기는 주로 이 방식을 사용합니다.

1) 정의

· 1차 권선 단자(예: H1)와 2차 권선 단자(X1)를 동일 방향으로 표시했을 때

· 두 단자를 전기적으로 연결하면 전압이 감해지는(빼지는) 극성

· 시험 시 측정되는 전압이 V(측정) = V1 − V2

 

2) 특징

· 단자 간 벡터 위상이 반대 방향으로 표시됨

· 1차 전압과 2차 전압이 상대적으로 상쇄되는 방향

 

3) 현장 인지

· H1과 X1이 같은 쪽 단자에 위치

· 대부분 중소형 배전용 변압기에서 표준으로 사용

· 미국 ANSI 표준 변압기는 기본적으로 감극성

 

 

< Fig01. 변압기 감극성 >

 

 

3. 가극성 변압기 (Additive Polarity)

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1차 권선과 2차 권선의 유기 기전력 방향이 같은 경우입니다. 두 권선을 직렬로 연결하면 전압이 합쳐지는 방향으로 작용합니다. 주로 미국 등 일부 국가의 표준이나 특수 목적의 변압기에서 볼 수 있습니다.

1) 정의

· 1차 권선 단자(예: H1)와 2차 권선 단자(X1)를 동일 방향으로 표시했을 때

· 두 단자를 전기적으로 연결하면 전압이 더해지는 극성

· 시험 시 측정되는 전압이 V(측정) = V1 + V2

 

2) 특징

· 단자 간 벡터 위상이 같은 방향으로 추가

· 1차 전압과 2차 전압이 합산되는 방향

 

3) 현장 인지

· H1과 X1이 반대쪽 단자에 위치

· 거대·특수용기, 일부 수입 변압기, 시험용 회로에서 사용되는 경우가 있음

 

 

< Fig02. 변압기 가극성 >

 

 

4. 감극성, 가극성 변압기 비교

변압기의 감극성은 변압기의 입력 측면에서의 전기적 특성을 말합니다. 즉, 감자코일에 전류가 인가될 때, 감자코일 내부의 자기장이 변화하여 코어를 통해 유도되는 과정에서 나타나는 전기적 특성입니다. 감극성은 전류의 유도방향에 따라 양수, 음수의 값으로 나타나며 전류의 유도방향에 따라 입출력 전압의 극성이 결정됩니다.

 

변압기의 가극성은 출력 측면에서의 전기적 특성을 말합니다. 즉, 감자코일을 통해 유도된 전류가 출력 측면의 코일에 유도될 대 나타나는 전기적 특성입니다. 가극성은 감극성과는 달리 출력전압의 극성과 연관되며, 입출력 전류의 방향에 따라 양수, 음수의 값으로 나타납니다.

 

일반적으로, 변압기는 감극성과 가극성이 서로 다르게 나타나기 때문에, 입력전압의 극성과 출력전압의 극성이 반대로 나타납니다. 이러한 특성을 이용하여 변압기를 통해 전압을 강하게 하거나 약하게 할수 있습니다. 예를들어 입력전압을 높이기 위해서는 감극성과 출력 가극성이 같은 코일을 사용하면 되고, 반대로 입력전압을 낮추기 위해서는 감극성과 출력 가극성이 반대인 코일을 사용해야 합니다.

구분	감극성(Subtractive)	가극성(Additive)
전압 합산	V1 − V2	V1 + V2
벡터 방향	반대 방향	같은 방향
단자 배치	H1·X1 같은 쪽	H1·X1 반대쪽
사용 범위	일반 배전용 표준	특수/대형/수입 변압기
평이한 기억	전압이 감(－)	전압이 가(+)