변압기 Y-Y 결선 특징 및 Y-Y결선 송전선로 적용 시 문제점과 대책

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1. 변압기 Y-Y 결선 특징

1) 결선도

변압기 Y-Y 결선 구성은 1차와 2차 측이 모두 Y결선으로 되어 있는 변압기 결선 방식입니다. 이 결선 방식은 중성점을 기준으로 대칭이 되어 전력 시스템에서 많이 사용됩니다.

2) 장점

• 1차 및 2차 전압의 위상차가 없다: 1차 전압과 2차 전압 사이에 위상차가 없으므로 교류 전압의 변환이 간편합니다.
• 중성점 접지 가능: Y결선은 중성점을 접지하여 접지 전압을 제어할 수 있어 안정성을 높일 수 있습니다.
• 각 상 전압이 선간 전압의 1/√3: 선간 전압보다 상전압이 작아 전력 손실을 줄일 수 있습니다.
• Tap 변압기와 호환성 높음: Y결선은 OLTC(On Load Tap Changer)를 통한 부하 조정이 가능해 다양한 부하 상황에서 효율적인 전력 공급이 가능합니다.

3) 단점

• 중성점 부하에 의한 고조파 문제: 여자 전류와 3차 고조파가 중성점을 통해 흐르면서 고조파 왜곡이 발생할 수 있으며, 이로 인해 전력 품질이 저하됩니다.
• 불균형 부하에 민감: 부하가 불균형일 경우 전압 변동이 크게 발생할 수 있습니다.

2. 송전선로에 적용 시 문제점

1) 1차측 중성점 단락 무부하 운전 시 문제점

Y-Y 결선은 중성점이 접지되어 있어, 1차측 중성점이 단락되거나 무부하 운전 시 전류가 균형을 이루지 못할 수 있습니다. 이때 고조파가 흐르며 전압 불균형과 여자 전류가 발생합니다.

• 위상차 발생: 1차와 2차 전압 사이에 위상차가 발생할 수 있어, 전력 손실이 증가하고 변압기의 효율이 떨어질 수 있습니다.
• 전류 왜곡: 고조파가 주파수 왜곡을 일으켜 전류 왜곡 현상이 발생합니다.

2) 2차측 중성점 개방 무부하 운전 시 문제점

2차측 중성점이 개방될 경우, 중성점에서 흐르는 전류가 차단되며 전압 불균형이 심화됩니다. 이는 유기 전압이 발생하며, 전력 품질 저하와 변압기의 과부하를 초래할 수 있습니다.

3) 부하 불균형 및 전력 손실 증가

부하 불균형이 심할 경우 전력 손실이 급격히 증가하며, 전류가 비정상적으로 흐르게 되어 변압기 및 전력 시스템에 문제를 일으킬 수 있습니다.

3. 대책 (안정결선)

1) Y-Y 결선 보완

Y-Y-Δ 결선을 통해 중성점에서 발생하는 고조파를 제거하고, Δ결선으로 3차 고조파를 유도하여 전력 품질을 향상시킬 수 있습니다. 이를 통해 전력 손실을 줄이고, 변압기의 수명을 연장할 수 있습니다.

2) 기전력 제어

기전력을 정확히 제어하여 전압 변동을 방지하고, 변압기의 안정성을 높일 수 있습니다. 또한 중성점을 안정화시킴으로써 변압기의 안전 운전을 보장할 수 있습니다.

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