서호주에 있는 광산 현장의 운영 회사가 처리 시설을 확장하기로 결정했을 때, 전기 엔지니어는 그가 익숙하게 다루던 문제에 직면했습니다. 현장에서 사용된 주요 변압기는 일반 변압기로, 세 개의 전선 위상이 중성이 없음을 의미했습니다. 해당 기관은 분쇄 장비의 전류 보호 절차와 공장의 전기 및 수도 공급을 위한 240볼트 전원 공급을 위해 중성이 필요했습니다. 올바른 결정은 15년 동안 잘 작동해온 10 MVA 유닛인 변압기를 교체하지 않는 것이었습니다. 회사는 인공 중성이 있는 델타 와이 변압기인 델타 변압기를 선택하기로 결정했으며, 이는 라인 보호를 제공하고 현장에서 필요한 보조 전원을 공급할 수 있었습니다. 델타 변압기가 설치되면서 중성이 설정되었고, 따라서 공장은 제시간에 운영을 시작했습니다. 적절한 델타 변압기를 선택하는 것은 적용된 권선 구조에 따라 달라집니다: 델타-델타 연결 또는 완전히 다른 조합입니다.
요약: 델타 변압기는 권선 중 하나 또는 두 개가 델타 형태로 연결된 변압기입니다. 델타는 각 위상 권선이 끝에서 다음 권선과 연결되는 닫힌 삼각형 구성을 의미합니다. 델타 변압기에서 라인의 전압은 위상 전압과 같습니다.
델타 연결이란 무엇이며 — 왜 사용되는가
델타 연결에서 변압기의 삼상 권선은 끝에서 끝으로 연결되어 델타처럼 보이는 폐쇄 루프를 생성합니다. 중성점이 없기 때문에 중성 도체가 없으며, 선 전압은 상 전압과 동일합니다. 그리고 선을 흐르는 전류는 와이어 전류의 벡터 합과 같습니다. 델타 연결은 특정 응용 분야에 효과적임을 입증하는 많은 전기적 특성을 가지고 있으며, 와이(스타) 연결에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다. 중성이 없다는 것은 부하를 선 사이에만 연결할 수 있다는 것을 의미하며, 선과 중성 도체 사이에는 연결할 수 없으므로 부하는 더 높은 전압 등급을 가져야 합니다(230V 또는 120V 기기는 델타 연결의 높은 전압 선에 연결할 수 없습니다). 델타 연결은 삼중 고조파 전류(3차, 6차, 9차 고조파)를 권선 델타 연결 내부에 유지하여 공급 측이나 부하 측으로 나가는 것을 방지합니다. 따라서 비선형 부하와 함께 작동하는 배급 변압기에서 델타 연결의 주요 이점은 컴퓨터, 가변 주파수 드라이브, LED 조명 및 UPS 시스템이 비선형 전류를 1차 측으로 보내지 않도록 하여 변압기, 케이블, 터빈 및 모터의 과열을 방지합니다. 또한 델타 연결은 불균형 부하와 함께 작동할 수 있으므로 델타 연결 장치의 어떤 상이 나머지 상보다 더 부하가 걸리면 델타 내의 순환 전류가 부하를 고르게 분배하도록 합니다.
델타 연결의 물리적 및 경제적 특성도 고려해야 합니다. 델타 연결의 경우 권선 설계는 와이 연결의 경우보다 두껍지 않은 구리 도체를 사용하며, 선 전압에 대한 절연이 필요합니다. 변압기 권선 구성의 전체 범위와 그 응용에 대한 소개는 제품 카탈로그를 참조하십시오. 수비안 전기, 여기에는 델타-델타, 델타-와이 및 와이-델타 변압기뿐만 아니라 접지 변압기, 절연 변압기 및 글로벌 시장을 위한 특수 전력 변압기가 포함됩니다.
세 가지 주요 델타 변압기 구성 — 각 구성의 적합한 위치
아래 표는 델타 권선이 포함된 세 가지 주요 변압기 구성을 요약하고, 각 구성의 정의 전기적 특성과 올바른 선택이 되는 응용 분야를 보여줍니다.
| 구성 | 1차 연결 | 2차 연결 | 주요 전기적 특성 | 최적의 용도 |
|---|---|---|---|---|
| 델타-델타 (Δ-Δ) | 델타 | 델타 | 두 권선 모두에 중성점이 없으며, 델타에서 순환 전류로 인해 불균형 하중이 효율적으로 처리됩니다. 또한 양쪽에서 삼중 고조파를 필터링합니다. 단상 공급은 전체 선 전압에서 두 개의 선 중 어느 하나를 통해 가져올 수 있습니다. 델타-델타 변압기의 한 상의 고장 발생 시, 변압기는 개방 델타(V-V) 모드에서 용량이 감소된 상태로 사용될 수 있으며, 이는 생산 공정의 비용이 많이 드는 중단이 관련된 산업 응용 분야에서 필요한 결함 허용성을 제공합니다. | 삼상 델타 연결은 중성이 필요 없는 산업용 모터 구동, 저항 가열, 용접 장비 등에서 적합합니다. 삼상 델타 연결의 예외 처리 특성은 석탄 채굴 산업, 석유 및 가스 산업, 화학 가공과 같은 연속 공정 산업에서 중요합니다. |
| 델타-와이 (Δ-Y) | 델타 | 와이 (스타) | 단상 하중 및 시스템 접지를 위해, 2차 측에 중성이 있습니다. 1차 측의 델타 권선은 공급 측에서 제3 고조파의 흐름을 방지합니다. 와이 권선은 하중에 대한 접지 기준을 제공합니다. 1차와 2차 전압 간의 30도 위상 차이에 따른 전압 변환과 함께, 변압기를 병렬로 연결할 때 신중한 고려가 필요합니다. | 표준 강하 변압기는 전류를 삼상 및 단상 유형으로 나눕니다. 예를 들어, 480V로 전원이 공급되는 삼상 모터와 277V 조명이 있는 동일한 2차 선에서 전력을 수신합니다. 북미에서는 480Y/277V를 운반하는 2차 선에서 전원이 공급됩니다. 유사하게, IEC 시장에서는 강하 전력 변압기가 400V 모터 또는 400Y/230V 2차에서 230V 하중을 공급합니다. 이러한 변압기는 상업 및 산업 부문에서 가장 자주 적용되는 배치입니다. |
| 와이-델타 (Y-Δ) | 와이 (스타) | 델타 | 1차 측에 중성을 공급하여 시스템의 보호를 위한 접지를 허용합니다. 2차 측의 델타는 하중 유도 고조파를 가두어 1차로 전달되지 않도록 합니다. 목적은 델타 연결의 송전선으로 상승할 때 와이 연결의 발전기와 함께 작동하는 것입니다. 와이 측은 안정적인 시스템 전압을 유지하고 접지 고장 전류를 유도하기 위해 접지될 수 있습니다. | 상승 변압기는 와이 연결 발전기를 델타 연결 송전선에 연결하는 데 사용됩니다. 이는 접지되지 않은 델타 시스템의 중성점을 설정하는 접지 변압기의 예입니다. 이러한 추가 접지는 델타 연결 소스에서 공급되지만 단락 전류로부터 보호하기 위해 중성이 필요한 산업에서 인기가 있습니다. |
고조파, 접지 및 개방 델타 옵션: 세 가지 실용적인 고려 사항
기본 권선 구성 외에도, 적합한 델타 변압기를 최종 결정하는 데 도움이 되는 세 가지 주요 요소가 있습니다.
첫 번째는 고조파입니다. 비선형 애플리케이션인 가변 주파수 드라이브, 무정전 전원 공급 장치, LED 조명 및 전자 발란서는 변압기로 흐르는 고조파 전류를 생성합니다. 제3 고조파는 60 Hz 시스템에서 180 Hz, 50 Hz 시스템에서 150 Hz이며, 그 홀수 배수(삼중 고조파)는 델타-와이 시스템의 중성 도체에서 결합되어 과열을 초래할 수 있기 때문에 큰 혼란을 일으킬 수 있습니다. 델타 연결은 이러한 삼중 고조파를 가두어 델타 내부에서 순환하게 하고 열로 변환합니다. 델타-델타는 작동의 양쪽에서 고조파를 가두는 능력이 있습니다. 델타-와이는 주로 측면에서만 고조파를 가둘 수 있습니다. 와이-와이는 고조파를 가두는 능력이 없으며, 그로 인해 산업에서 거의 사용되지 않습니다. 부하가 너무 많은 고조파를 생성하는 경우, 고조파 원천을 향하는 델타 권선이 최소한 하나 있는 델타 변압기를 사용해야 합니다.
두 번째 고려 사항은 접지 및 지락으로부터의 보호입니다. 델타는 중성이 없으므로 사용할 자연 접지점이 없습니다. 유틸리티 변압기가 델타 연결되면 접지 변압기가 사용되지 않는 한 시스템은 접지되지 않습니다. 이러한 접지되지 않은 시스템은 특정 위험을 가지고 있습니다: 지락이 발생하면 차단기가 작동하지 않고, 비고장 위상에서 과전압이 발생하며, 두 번째 지락이 발생하여 위상 간에 고장을 일으킬 수 있습니다. 와이-델타 접지 변압기 또는 지그재그 접지 변압기를 사용하면 지락 사용에 필요한 시스템의 접지를 가능하게 합니다. 접지 변압기는 델타 버스에 연결되며, 그 중성(직접 접지되거나 저항을 통해 고장 전류를 필요한 만큼 제한하여 보호 릴레이 작동 과정에 도움을 줍니다)은 지락의 제어된 동작을 가능하게 합니다.
세 번째 연결 유형은 오픈 델타(V-V) 구성입니다. 델타-델타 변압기의 한 상(턴 또는 상)이 고장나면 나머지 상들은 오픈 델타 연결 모드에서 작동할 수 있어 특정 3상 부하를 공급할 수 있습니다. 오픈 델타의 구성에서 용량은 델타-델타 연결 용량의 57.7%에 불과하며(66.7%가 아님), 이는 두 권선 간의 60도 위상 이동으로 인해 발생하므로 각 권선의 정격을 초과하는 전류 값을 제공하는 것이 불가능합니다. 오픈 델타 연결은 비상 상황에서 사용되며, 새로운 변압기가 확보되는 동안 중요한 프로세스가 계속 작동할 수 있도록 합니다. 그러나 델타-델타 변압기의 정상 작동에는 사용되지 않습니다. 오픈 델타 모드의 전압 조정은 델타-델타 모드보다 열악하며, 위상 균형도 마찬가지입니다. 변압기 고장이 제조 공장에 큰 손실을 초래하는 경우, 오픈 델타 옵션은 임시로 신뢰할 수 있는 해결책으로 작용했습니다. 변압기 구성 방식이 더 넓은 전기 배급 시스템과 어떻게 통합되는지에 대한 더 깊은 통찰을 원하신다면, 저희의 기사인 최고의 기본 전기 변압기 구매 가이드 는 모든 변압기 구매를 명시하고 평가하기 위한 포괄적인 프레임워크를 제공합니다.
델타 변압기 지정 방법: 중요한 매개변수에 대해 참조하시기 바랍니다.
델타 변압기에 대한 구매 사양서를 준비하는 것은 구매자가 변압기가 충족해야 하는 전기 사양을 명시하고, 각 입찰자가 유사한 제품을 제공할 수 있도록 높은 수준의 세부 정보를 제공해야 함을 의미합니다. 주요 매개변수는 kVA 정격(열 여유를 위한 80% 연속 부하 규칙을 적용하여 부하 계산을 통해 정의해야 함), 1차 및 2차 전압 및 권선 구성(예: 델타-와이 강하 변압기의 경우 — “13.8 kV 델타 1차, 480Y/277 V 2차” 또는 델타-델타 절연 변압기의 경우 — “480 V 델타 1차, 480 V 델타 2차”), 임피던스(변압기의 kVA 기준의 백분율로 표현되며, 배전 변압기의 경우 일반적으로 5%에서 6% 사이의 범위를 가집니다; 임피던스가 너무 낮으면 전압 품질이 저하되지만 고장 전류가 증가하며, 이는 보호 수단 및 장비 단락 정격과 조정되어야 합니다), 절연 등급 및 온도 상승(건식 변압기의 경우 F급 또는 H급, 상승 온도는 80도에서 150도 사이일 수 있으며, 오일 변압기의 경우 일반적으로 30도에서 65도 상승합니다), 냉각 방법(오일 변압기의 경우 ONAN, 건식 변압기의 경우 AN 또는 AF; 강제 냉각은 건식 변압기의 kVA 정격을 25-33%까지 증가시킬 수 있습니다. 따라서 구매자는 추가 용량이 필요한지 명시해야 합니다), 탭(회로 외 탭은 표준이며 일반적으로 명목 1차 전압을 조정하기 위해 2.5% 단계로 위아래 조정됩니다; 부하 탭 체인저는 더 비쌉니다, 그러나 중요한 응용 분야에 적용될 수 있으며 1차 전압이 많이 변동하는 경우에 사용됩니다), 인클로저(NEMA 1은 건식 실내 조건, NEMA 3R은 외부, NEMA 4X는 세척용, 또는 NEMA 12는 방진 산업용), 및 표준(IEC 60076, IEEE C57.12 또는 지역 국가의 표준, 표준은 테스트가 수행되는 방식과 장비가 문서화되어야 하는 방법을 결정합니다). 좋은 사양은 공급자가 위의 모든 질문에 답변하도록 하며, 모호한 사양은 제조자가 자신의 판단을 내릴 수 있는 기회를 제공합니다.
자주 묻는 질문
델타 변압기와 와이 변압기의 차이점은 무엇인가요?
델타 권선은 중성이 없는 폐쇄 루프 삼각형으로 구성됩니다. 델타 연결 시스템의 선 전압은 위상 전압과 같지만, 이 구성에서 선 전류는 위상 전류의 √3배입니다. 와이 권선은 세 개의 권선이 교차하는 중성점을 가지고 있어 선 전압이 위상 전압의 √3배가 가능하며, 선 전류는 위상 전류와 같습니다. 또한, 중성점이 단상 부하에 대한 중립성을 제공하고 시스템을 접지할 수 있는 와이 연결의 장점으로 인해 많은 사용자가 델타 권선과 함께 사용합니다.
델타-델타 변압기를 언제 사용해야 하나요?
델타-델타 변압기를 사용해 보십시오. 이는 일반적으로 모터, 난방 장치 또는 용접 기계를 포함하는 3상 또는 3선 시스템의 부하 조건에서 특징지어집니다. 두 변압기 모두 중성선이 필요하지 않습니다. 또한, 델타-델타 변압기는 불균형 부하 조건에서도 쉽게 작동할 수 있으며, 이러한 변압기의 양쪽에서 고조파를 잡을 수 있으며, 열린 델타 연결에서 단일 상의 고장 발생 시에도 사용할 수 있습니다. 따라서 델타-델타 변압기는 중량 모터를 부하로 하는 산업 응용에 적합한 솔루션입니다.
델타 변압기가 단상 부하를 공급할 수 있습니까?
실제로, 델타 연결된 2차측은 두 개의 선 사이에 연결된 단상 부하를 공급하는 데 사용할 수 있으며, 선 전압의 전체 값을 견딜 수 있습니다. 그러나 단상 부하는 사용되는 특정 델타 시스템의 선 전압을 처리할 수 있도록 설계되어야 합니다. 즉, 480볼트 델타 시스템의 경우 480볼트 장비가 필요하며, 세 개의 상에서 균형을 이루어야 과도한 불균형이 발생하지 않습니다. 델타 2차측은 120볼트 또는 277볼트와 같은 저전압에서 작동하기 위해 중성 회로가 필요한 부하에 적용될 수 없습니다.
열린 델타 변압기 연결이란 무엇입니까?
열린 델타 연결은 세 개의 상 중 두 개에 연결된 두 개의 단상 변압기로 구성되어 3상 부하를 제공합니다. 이 설정은 전체 3상 델타 연결에서 변압기의 57.7% 용량을 활용합니다. 이 유형의 연결은 전체 3상 시스템에서 한 상이 고장났을 때 또는 일부 경량 부하 응용에서 저렴하고 영구적인 솔루션으로 사용됩니다. 전압 조정은 더 열악하며, 상 균형도 전체 3상 시스템만큼 안정적이지 않습니다.
참고 문헌
- IEEE C57.12.00 — 액체 침지 배전, 전력 및 조정 변압기에 대한 일반 요구 사항 표준. 변압기 설계, 테스트 및 성능에 대한 기본 IEEE 표준으로, 델타 및 와이 권선 구성과 관련된 전기적 특성을 포함합니다.
- IEC 60076 — 전력 변압기. 전력 및 배전 변압기에 대한 설계, 테스트 및 성능 요구 사항을 정의하는 국제 표준 시리즈로, 권선 구성 및 상 관계를 지정하는 벡터 그룹 명칭 — Dyn11, YNd1 등 —을 포함합니다.
- Eaton — 변압기 권선 구성 및 응용 가이드. 델타-델타, 델타-와이 및 와이-델타 변압기의 제조업체로, 각 구성에 대한 선택, 설치 및 접지 요구 사항을 다룬 기술 문서를 제공합니다.
- Schneider Electric — 변압기 벡터 그룹 및 권선 연결. 상업 및 산업 전력 시스템을 위한 델타 및 와이 변압기 권선 구성의 사양 및 응용에 대한 제조업체 지침입니다.
이상적인 델타 변압기를 선택하는 과정은 전기 시스템의 유형과 전압, 접지, 고조파 및 중성 같은 특성에 해당하는 권선 설계를 식별하는 것을 포함합니다. 델타-델타 변압기는 삼상 및 삼선 산업 부하에 사용되며, 연속 가공 공장을 위한 필요한 고조파 완화 및 안전 요소를 갖추고 있습니다. 델타-와이 변압기는 전압을 낮추고 단상 및 삼상 시스템의 혼합 부하를 위한 중성을 생성하며, 입력 공급에서 고조파를 완화할 수 있는 기능을 가지고 있습니다. 와이-델타 변압기는 전기 전송을 위한 발전기 전압을 높이거나 델타 시스템의 안전성을 향상시키기 위해 중성을 생성합니다. 각 델타 변압기 구성은 그 목적에 맞게 사용되며, 지식이 있는 구매자는 판매자가 재고로 보유하고 있는 변압기를 선택하는 대신 애플리케이션에 필요한 변압기를 알고 있습니다. Co. Subian은 세 가지 구성의 델타 변압기를 제조하며, 시장에서 요구되는 kVA 범위와 전압 등급, 임피던스 및 인증을 갖춘 변압기를 제공할 수 있습니다. 공장, 광산 또는 가공 시설의 운영을 위해 올바르게 제작된 변압기를 사용하는 것이 필수적이며, 변압기는 전기 시스템에 적절하게 설계되어야 하므로 구성 과정이 매우 중요합니다.