전기공학에 대해 이해하기

변압기 임피던스의 개념 및 상세 설명 변압기는 전기 에너지 변환 장치로서, 1차 권선에 인가된 전압과 전류를 통해 자속을 형성하고, 이 자속이 철심을 통해 2차 권선에 쇄 교 되면서 유기 기전력이 발생하는 원리로 동작한다. 이때 변압기의 성능과 특성을 규정하는 중요한 요소 중 하나가 바로 임피던스(impedance)이다. 변압기의 임피던스는 전류의 흐름을 제한하고, 단락전류의 크기를 결정하며, 부하 변동에 따른 전압강하의 크기를 좌우하기 때문에 전력 계통 해석에서 매우 중요한 값이다.일반적으로 변압기의 임피던스라 하면 권선에 포함된 직류 저항(R)과 누설자속에 의해 형성되는 누설리액턴스(XL)의 조합으로 정의된다. 그런데 여기서 자연스럽게 드는 의문은, 변압기의 권선 전류가 만들어내는 자속 중 대부분은 ..

차단기(CB)의 개폐서지 이해차단기(CB)는 전력 계통에서 전류의 흐름을 인위적으로 끊거나 연결하는 중요한 역할을 수행하는 설비이다. 특히 고전압 대전류가 흐르는 계통에서 차단기의 동작은 단순히 스위치를 켜고 끄는 수준이 아니라, 안정적인 전력 공급과 전력 설비의 보호를 위해 매우 정교한 제어가 필요하다. 차단기가 개폐 동작을 수행할 때 회로에서 발생하는 과도현상 중 하나가 바로 개폐서지(Switching Surge)이다. 개폐서지는 차단기의 접점이 열리거나 닫히는 과정에서 회로에 순간적으로 과도한 전압이나 전류가 발생하는 현상을 말하며, 이는 기기의 절연에 큰 부담을 주고 계통 안정성에 부정적인 영향을 끼친다. 따라서 개폐서지의 발생 원인과 메커니즘을 이해하는 것은 전력공학적으로 매우 중요한 의미를 가..

변압기 결선 방법변압기의 결선 방식은 전력 계통에서 전압을 승압하거나 강압할 때, 그리고 부하의 특성에 맞게 안정적으로 전력을 공급하기 위해 매우 중요한 요소이다. 결선 방법에 따라 변압기의 동작 특성이 달라지고, 고조파 발생, 중성점 접지 가능 여부, 전력 손실, 고장 시 대체 운전 가능성 등이 달라지므로 실제 현장에서는 부하 성격, 전압 등급, 안전성, 유지보수 편의성 등을 종합적으로 고려하여 적합한 결선을 선택해야 한다. Δ-Δ 결선 장점3대 중 1대가 고장 나더라도 V-V 결선으로 전환해 일정 부분 송전을 계속할 수 있는 신뢰성이 크다. 다만 이때 공급할 수 있는 전력은 약 57.7%로 줄어들고, 변압기 이용률은 86.6% 수준으로 떨어진다.예비 변압기를 확보할 때 단상 변압기 1대만 준비하면 ..

차단기 (Circuit Breaker)의 이해 차단기는 전력 시스템에서 매우 중요한 보호 장치 중 하나로, 전기설비 및 전기회로의 안전을 확보하기 위해 필수적으로 설치된다. 주로 과전류, 단락, 지락, 부족전압 등 다양한 전기적 이상 상태가 발생했을 때 자동으로 회로를 차단함으로써 전기설비의 손상을 방지하고, 화재나 감전 등의 2차 사고를 예방하는 역할을 한다. 또한 평상시에는 부하전류를 정상적으로 개폐할 수 있는 기능도 수행한다. 차단기의 주요 기능 고장 전류 차단차단기의 가장 핵심적인 기능은 전기계통에서 발생하는 고장 전류(과전류, 단락전류, 지락전류 등)를 빠르게 차단하는 것이다. 전기계통에서 고장이 발생하면 매우 큰 전류가 흐르기 때문에 이 상태를 방치하면 전선이나 기기가 타버리거나 폭발..

1:1 변압기의 이해 및 1:1 변압기를 사용하는 경우 송전선로의 정전용량이 너무 큰 경우송전선로가 길어질수록 선로와 대지 간, 선로와 선로 간에 형성되는 정전용량이 커진다.이러한 정전용량은 무부하 시 발전기 자기 여자 현상(Self-excitation) 등을 유발하여 모선 전압이 비정상적으로 상승하는 문제를 일으킨다.이때 1:1 변압기를 리액터(Reactor)와 유사한 역할로 사용하면, 불필요한 전압 상승을 억제하고 전력 계통의 안정성을 확보할 수 있다.단락용량을 감소시키기 위한 경우전원계통의 단락용량이 너무 크면, 차단기(Circuit Breaker)의 차단 능력 한계를 초과하는 상황이 발생할 수 있다.1:1 변압기를 계통에 삽입하면 변압기의 임피던스가 개입하여 단락전류를 줄여주므로 차단기의 부담을 ..

동적 요금제(Dynamic Pricing)의 개념과 유형 동적 요금제(Dynamic Pricing)란 전력 소비자가 사용하는 전력에 대해 시간대별, 계절별 또는 수요 상황별로 차등적인 요금을 부과하는 제도를 의미한다. 전통적인 전력 요금 체계는 보통 정액요금제(Flat Rate) 형태로, 계절이나 시간대와 관계없이 동일한 단가를 적용한다. 하지만 전력은 다른 재화와 달리 대규모로 저장하기 어렵고, 소비가 특정 시간대나 계절에 집중되는 특성이 있기 때문에, 단일 요금제로는 전력 수급 불균형 문제를 해결하기 어렵다. 이에 따라 실제 발전원가 및 전력 계통 운영 상황을 반영한 동적 요금제가 필요하게 되었다. 동적 요금제가 필요한 이유 전력 수요는 계절별로 혹은 하루 시간대별로 큰 차이를 보인다. 여름철 냉..

변압기의 저감 절연과 단절연의 이해 변압기 절연 방식은 전기설비의 안전성과 신뢰성 확보에 있어서 매우 중요한 요소이다. 절연이라는 개념은 단순히 전압이 흐르는 도체를 감싸는 절연체의 역할만을 의미하는 것이 아니라, 전기적 사고를 방지하고, 장치의 수명을 보장하며, 유지보수 비용을 줄이는 핵심적인 기술적 장치라고 할 수 있다. 절연은 크게 선간 절연과 대지 절연으로 구분되며, 이 두 가지 절연 방식을 적절히 설계·적용하는 것이 변압기의 절연 설계에서 매우 중요하다. 이러한 절연 방식 가운데 저감 절연과 단절 연이라는 개념이 있으며, 이는 변압기의 경제성, 안전성, 효율성을 고려한 대표적인 절연 기법이다. 저감 절연 저감 절연이란, 변압기의 절연 강도를 실제로 필요한 수준보다 과도하게 높이지 않고, 시스..

변압기의 극성(Polarity) 변압기의 극성(Polarity)이란 1차 측과 2차 측 권선에 전류가 흐를 때, 그 권선에 의해 형성되는 자속의 방향과 이에 따른 유기 기전력의 위상 관계를 의미한다. 극성은 변압기의 운전 및 병렬 운전에 있어 매우 중요한 개념으로, 올바른 극성을 이해하지 못하면 두 변압기를 병렬로 연결할 때 순환전류가 발생하거나 단락 사고가 발생할 수 있다. 따라서 극성 시험과 원리에 대한 명확한 이해는 전기공학에서 필수적이다. 감극성 (Subtractive Polarity) 자계 형성 과정변압기 1차 측 권선에 외부에서 교류 전압을 인가하면 1차 코일에는 여자전류(I₀)가 흐른다. 이 전류는 암페어의 법칙에 따라 코일 주위에 자계를 형성하게 되며, 이 자계로 인해 철심 내부에는..

Knee Point Voltage의 개념과 특징 변압기나 계기용 변류기(CT)와 같은 전력기기에서 Knee Point Voltage라는 개념은 매우 중요한 의미를 가진다. 이는 철심이 가진 자기 포화 특성과 깊이 연관되어 있으며, 전압과 전류의 비선형적인 관계가 본격적으로 나타나기 위해 시작하는 지점을 말한다. 다시 말해, 전압이 증가함에 따라 전류도 비례적으로 증가하는 선형 구간이 어느 정도 지속되다가, 철심이 점차 포화 영역에 가까워지면 전류 억제력이 약화하고, 작은 전압 증가에도 불구하고 전류가 급격히 증가하는 지점이 발생하는데, 바로 이 지점이 Knee Point라 한다. 그리고 이때의 전압을 Knee Point Voltage라 정의한다. Knee Point 발생 원리 리액턴스 감소 과정전압을 ..

변압기(Tr) 임피던스에 대한 설명 변압기(Tr)는 전력 계통에서 전압을 승압 또는 강압하기 위해 사용되는 중요한 전기기기이다. 변압기는 1차 권선과 2차 권선 사이의 전자기적 결합을 통해 전력을 전달하며, 이 과정에서 변압기 내부에는 일정한 임피던스가 존재하게 된다. 특히 변압기의 임피던스는 부하 상태에 따라 달라지며, 변압기 설계와 운용, 보호계전기 설정 등에서 매우 중요한 요소고 작용한다. 여기서는 변압기가 무부하 상태일 때의 임피던스 특성과 그 물리적 의미를 중심으로 상세히 설명한다. 무부하 상태의 변압기 모델 변압기가 무부하 상태라는 것은 변압기 2차 권선에 부하가 연결되어 있지 않은 상태를 의미한다. 이때 2차 권선은 개방(open-circuited)되어 있으며, 변압기 1차 권선에 전압을 ..