변압기의 여자전류와 여자돌입전류는 변압기의 정상 운전 및 기동 과정에서 중요한 역할을 하는 전류입니다. 이 두 가지 전류의 개념을 상세히 설명하겠습니다.
1. 여자전류 (Magnetizing Current)
여자전류는 변압기 코어(철심)를 자기화하는 데 필요한 전류입니다. 변압기 1차 권선에 전압을 인가하면, 이 전류는 코어를 자화하여 2차 권선에 유도 전압을 생성하게 됩니다.
여자전류의 특징
비율: 여자전류는 변압기의 정격 전류에 비해 매우 작습니다(일반적으로 1~5% 수준). 변압기 코어를 자화하는 데 필요한 전력은 상대적으로 적기 때문입니다.
파형: 여자전류는 선형적이지 않고, 비선형적인 성분을 가지고 있습니다. 이는 변압기의 철심이 자기포화(Magnetic Saturation) 상태에 이르기 때문에 발생하는 고조파(Harmonics) 성분 때문입니다.
무부하 상태에서의 역할: 변압기가 무부하 상태(2차 측에 부하가 연결되지 않은 상태)일 때, 1차 측에 흐르는 전류의 대부분이 여자전류입니다. 이 전류는 주로 변압기 코어의 자화 및 철손(Iron Loss)을 보상하는 역할을 합니다.
2. 여자돌입전류 (Inrush Current)
여자돌입전류는 변압기가 처음 전원에 연결될 때 발생하는 매우 큰 순간 전류입니다. 이는 변압기를 기동하거나 재기동할 때 발생할 수 있으며, 변압기 설계와 전원 연결 시점에 따라 그 크기가 크게 달라질 수 있습니다.
여자돌입전류의 발생 원인: 코어의 자화 상태: 변압기가 처음 전원에 연결될 때, 변압기 코어는 자화되지 않은 상태입니다. 따라서 코어를 자화시키기 위해 매우 큰 전류가 필요합니다.
전원 연결 순간의 전압 위상: 변압기를 전원에 연결하는 순간의 전압 위상에 따라 돌입전류의 크기가 달라집니다. 특히 전압이 최대치일 때 변압기를 연결하면 돌입전류가 매우 커질 수 있습니다.
자기포화 현상: 변압기 코어가 자기포화 상태에 빠질 때, 큰 여자돌입전류가 발생할 수 있습니다. 이 전류는 정격 전류의 10배 이상으로 순간적으로 매우 클 수 있습니다.
여자돌입전류의 특징
크기: 여자돌입전류는 매우 크며, 일반적으로 정격 전류의 수배에서 수십 배에 이를 수 있습니다. 그러나 이는 매우 짧은 시간 동안만 지속됩니다.
시간 특성: 돌입전류는 매우 빠르게 감소하며, 수 밀리초에서 수 초 사이에 정상적인 여자전류로 안정화됩니다.
고조파 포함: 여자돌입전류는 비선형적인 파형을 가지며, 고조파 성분이 포함되어 있습니다. 이는 보호 장치의 오동작을 유발할 수 있습니다.
여자돌입전류의 영향 및 대책
과전류 보호기 오동작: 돌입전류가 너무 크면 과전류 보호기가 오동작할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 돌입전류 억제 기능이 있는 보호 장치가 사용됩니다.
전압 강하: 돌입전류가 큰 경우, 전압 강하를 일으켜 다른 전기 기기에 영향을 미칠 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 변압기 기동 시 점진적으로 전압을 인가하는 방법을 사용할 수 있습니다.
주파수 도메인 분석: 돌입전류를 분석하고 예측하기 위해 FFT(Fast Fourier Transform)와 같은 주파수 도메인 분석 기법을 사용하여 고조파 성분을 분석할 수 있습니다.
여자전류는 변압기의 정상 동작 중에 코어를 자화하는 데 필요한 작은 전류로, 변압기 코어의 철손과 밀접한 관련이 있습니다. 여자돌입전류는 변압기를 처음 전원에 연결할 때 발생하는 순간적인 큰 전류로, 변압기 보호 및 기동 전략에서 중요한 고려 사항입니다. 이 두 전류는 변압기 운영의 필수적인 요소로, 변압기의 안정적이고 안전한 운전을 보장하기 위해 적절한 제어와 보호가 필요합니다.