변압기의 %Z(퍼센트임피던스)가 무엇인지

변압기의 %Z(퍼센트임피던스)가 무엇인지

변압기 %Z(퍼센트임피던스)

 

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1. %Z란?
: 회로내에서 정격전류(In)이 흐를때 기기내부 전압강하(e)가 
정격전압(Vn)의 몇 %인지를 나타내는 값

: 퍼센트 임피던스의 정식명칭은 퍼센트 임피던스'전압강하'
단순 임피던스(단위 옴)보다 전압강하율에 가까운 개념
이라고 생각됩니다.

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2. %Z 확인방법
정격전류를 흘려 기기에서 발생하는 전압강하 e
를 측정하고, 이때 e를 임피던스전압강하라고 합니다.
그게 정격전압의 몇 %인지  구하면 %Z입니다.

단락시험을 통해서 구합니다.
2차측을 단락시켜 회로내 부하가 해당 기기만 존재하게하고,
전류계의 값이 정격전류때 전압계의 값을 측정합니다. 
다른 기기가 없기 때문에, 정격전류시의 전압계값이
임피던스전압강하(e)가 되고 이것을 이용하여 %Z를 구합니다.

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3. %Z 쓰는 이유
: 임피더스 자체를 이용하는 옴법보다, %Z를 쓰는 이유는
1) 변압시에도 값의 크기동일
보통 계통을 보면 22kV->154kV->22.9kV->220V식으로
계속 전압이 변성됩니다.
옴법의 경우 이때마다 계속 계산을 다시 해야합니다.
임피던스가 전압비에 따라 변동되니까요.
하지만 %Z는 정격전압에 대한 %입니다.
즉 변압기에 의해 정격전압(154kV->22.9kV)이 바뀌어도,
정격전압에 대한 전압강하 비율에 해당하는 %Z는 변동없이
같은 값이 됩니다.
(덕분에 고장해석등에 있어서 옴법보다 계산이 용이합니다.)
이게 %Z는 1차측에서 본 값과 2차측에서 본 값이 같다.
는 의미입니다.
(기술사나 학부서적보면 간간히 나오는 이야기)
(사실 %Z보다는 PU법이 많이 쓰입니다. 책이야 다 %Z지만)


2) 계통이나 기기 특성의 경우 전압강하 중요.
임피던스자체보다는 전압강하 사용이 되는 경우가 많습니다.
정격전압은 정해져 있는건데.. 이게 전압강하로 떨어지면
제 성능을 발휘하지 못하는거지요.
그래서 면밀한 확인이 필요합니다.

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4. %Z의 활용1 (전압강하)

: 바로 위 내용과 같이 전압이 저하되면 제성능을 못냅니다.
전등은 어두워지고(광속은 전압제곱에 비례)
전동기는 토크가 떨이지고(토크는 전압제곱에 비례)
컴퓨터같은 전자기기는 정지하게 됩니다.
그래서 내선규정이나 IEC같은 곳에서는 전압강하%를
정하고 간선, 분기선 따위에서 해당값이내로 전압저하가
생기게 관리합니다.
그리고 이때 %Z 활용해서 기준을 정하지요.


5. %Z의 활용2 (변압기 병렬운전)
변압기 병렬운전도 전압적 측면에서 생각하면 간단합니다.
변압기가 병렬이니 단자전압이 같아야하고,
틀리면 같아지게 전류가 변하며, 그게 용량분배이거든요.


순서대로 다시 이야기드리면..
변압기병렬운전시 무부하시 단자전압이 두대 동일
부하를 걸어도 단자전압은 두대 동일해야 함
그렇게 되려면 전압강하가 똑같이 발생해야 됨
즉 %Z가 크면 전압강하가 크니, 부하적게 분담
%Z가 작으면 전압강하가 작으니, 부하를 많이 분담합니다.
(부하분담과 %Z반비례. 여기서 부하는 부하전류로 봐도 무방)
뭐 좀 더 깊이 들어가면 역률과 X/R에 대한 사항도 따져야
하지만, 일반적인 사항은 대충 이렇습니다.

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6. %Z의 활용3 (단락전류계산)
​위에서 계속 이야기한것처럼..
결국 %Z는 전압강하와 밀접한 관련이 되었습니다.
이것을 KVL과 옴법칙을 섞어 적용하면..
눈에 매우 익은 Is=100/%Z × In식이 나옵니다.


이것도 좀 순서대로 풀이를 해보자면
정상상태에서는 기기에서 In이 흐르고, e가 발생합니다.
하지만 단락사고가 나면? 후단 기기는 모두 제거됩니다.
그리고 남아 있는 기기에 Vn이라는 전압강하가 생겨야지요.
(키르히호프 전압법칙 : KVL)
전압강하 e = Z× I고, Z는 고정인데 e가 Vn이 되니
흐르는 전류도 증가되는데 이게 단락전류 Is입니다.
그리고 이런 고장해석도 %Z라는 값을 이용하여 해석됩니다.