5.3 변압기의 구조

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앞 절에서 변압기는 자기회로인 철심과 전기회로인 권선이 연결되어 있는 것임을 알았습니다. 실제로 권선하는 모양은 그림 5.3 과 같은 두 가지 방법이 사용됩니다. 자기회로의 목적은 두 권선간의 자속을 공유시키는 것이고 그림 5.3 에 제시된 두 가지 방법은 모두 이러한 목표를 만족시킵니다. 내철형이라고 불리는 철심 구조 방식은 철심을 양쪽 다리를 1 차 권선과 2 차 권선이 각각 차지하고 있는 구조를 보여줍니다. 외철형이라고 불리는 철심 구조 방식은 동일한 철심의 다리에 겹쳐서 권선 한 구조를 보여줍니다.


그림 5.3 변압기의 철심구조


철심은 양쪽 다리를 대칭 모양으로 갖고 있습니다. 외철형 구조에서는 일반적으로 안쪽에 저압 측을 바깥쪽에 고압 측을 설치한다고 합니다. 내철형의 경우는 각각의 권선과 다리에서 철심을 따라가지 않고 공기 중으로 누설되는 누설자속이 상대적으로 크게됩니다. 외철형이 자기적으로 더 단단한 결합을 보여준다고 할 수 있습니다.

철심의 재질은 무엇을 사용할까요? 투자율이 크고 와류손이 작은 자성체가 바람직합니다. 이러한 성질을 만족하는 재질로서 규소 강판을 사용합니다. 규소 강판의 규소 함량은 약 3% 정도입니다. 규소 강판은 제작하는 열처리 방법에 따라 열간 압연 규소 강판과 냉간 압연 규소 강판이 있는 데 주로 냉간 압연 규소 강판을 사용합니다. 그 이유는 냉간 압연을 한 규소 강판은 압연 방향으로 자속을 통과시키는 경우 철손과 여자 전류가 감소하는 특성이 있기 때문입니다. 또한 와류손을 적게 하기 위하여 철판 표면에 절연 바니스(vanish), 액체유리(water glass) 혼합물을 발라서 절연성의 피막을 만들어 놓습니다.

대용량의 변압기일수록 온도가 많이 상승할 수 있습니다. 이를 냉각 절연하는 방식에도 여러 가지가 있습니다. 가장 간단한 방식은 공기가 자연적으로 냉각하도록 하는 건식 변압기인데 옥내용으로 주로 사용합니다. 기름을 채워 넣는 경우도 있는데 이는 절연 및 냉각의 효과를 높여 주기 때문입니다. 절연유의 조건은 절연내력이 크고, 점도가 낮아야 합니다. 절연유를 사용하는 변압기에 수분이 들어가면 점도가 높아져 절연내력이 감소하여 열이 증가하므로, 수분을 막기 위해 컨서베이터를 설치합니다. 유압 변압기의 경우에는 자연 대류로 냉각되도록 그냥 두는 경우도 있고 송풍기를 사용하여 식혀주는 경우도 있으며, 혹은 기름을 강제 순환하는 송유식도 있습니다. 마지막으로는 가스를 채워 넣는 가스 절연 변압기의 경우인데 기름 대신 절연성, 불연성이 높은 가스를 사용하는 경우도 있습니다. 이러한 물질을 채워 줌으로서 변압기에서 발생하는 열의 영향을 줄일 수 있게됩니다.