병렬운전 변압기에서 순환전류는 두 개 이상의 변압기를 병렬로 연결하여 운전할 때 발생하는 전류로, 변압기들 간의 차이로 인해 발생합니다. 이 전류는 변압기들 사이에서 순환하며, 실제 부하에 전달되지 않고 변압기 간의 손실을 증가시키는 원인이 될 수 있습니다.
1. 순환전류의 원인
순환전류는 주로 다음과 같은 원인에 의해 발생합니다
1.1. 임피던스 불일치
변압기들이 병렬로 연결될 때, 각 변압기의 임피던스(특히 % 임피던스)가 동일하지 않다면, 동일한 전압이 인가되었을 때 변압기들 사이에 전류 분배가 달라집니다. 임피던스가 낮은 변압기는 더 많은 전류를 흐르게 하고, 임피던스가 높은 변압기는 상대적으로 적은 전류를 흐르게 됩니다. 이러한 차이로 인해 변압기들 사이에 균형이 맞지 않는 전류, 즉 순환전류가 발생합니다.
1.2. 전압 불일치
변압기들의 1차 전압과 2차 전압이 약간이라도 다를 경우에도 순환전류가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 2차 전압이 미세하게 다른 두 변압기가 병렬로 연결되면, 이 전압 차이에 의해 순환전류가 흐르게 됩니다. 전압 차이가 클수록 순환전류도 커집니다.
1.3. 위상각 차이
변압기들의 위상각이 다를 경우에도 순환전류가 발생합니다. 병렬로 연결된 변압기들 간의 위상각이 다르면, 각 변압기가 생성하는 전압의 위상 차이로 인해 서로 다른 위상의 전류가 흐르게 되고, 이로 인해 순환전류가 발생합니다. 위상각 차이는 주로 변압기의 상전압과 상전류 간의 관계에서 비롯됩니다.
2. 순환전류의 영향
순환전류는 여러 가지 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다
2.1. 효율 저하
순환전류는 변압기 내부에서 흐르며, 변압기의 동손(구리 손실)을 증가시킵니다. 이는 변압기의 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 불필요한 에너지 손실을 유발합니다.
2.2. 발열 및 과열
순환전류로 인해 변압기 내부에서 추가적인 발열이 발생할 수 있으며, 이는 변압기의 온도를 상승시켜 과열 문제를 일으킬 수 있습니다. 과열은 변압기 절연의 열화와 수명 단축을 초래할 수 있습니다.
2.3. 비균일한 부하 분담
변압기들이 병렬로 연결되어 있을 때, 순환전류로 인해 부하가 변압기들 간에 고르게 분담되지 않고, 특정 변압기에 더 많은 부하가 걸릴 수 있습니다. 이로 인해 해당 변압기가 과부하 상태에 빠질 수 있으며, 이는 변압기 고장의 원인이 될 수 있습니다.
3. 순환전류 방지 및 관리 방법
순환전류의 발생을 최소화하기 위해서는 다음과 같은 방법들을 고려해야 합니다
3.1. 변압기의 임피던스 일치
병렬 운전을 계획할 때, 가능한 한 변압기들의 임피던스(% 임피던스)가 동일하거나 매우 유사하도록 선택해야 합니다. 임피던스가 다른 변압기를 병렬로 운전할 경우, 순환전류의 발생이 불가피합니다.
3.2. 정확한 전압 설정
변압기들의 1차와 2차 전압을 정확히 일치시키는 것이 중요합니다. 병렬 운전 전에 변압기들의 탭 조정기(OLTC 등)를 이용해 전압을 조정하여, 가능한 한 동일한 전압을 인가해야 합니다.
3.3. 위상각 조정
변압기들 간의 위상각 차이를 최소화해야 합니다. 이를 위해 변압기의 상을 정확하게 맞추고, 위상각 차이가 발생하지 않도록 관리해야 합니다.
3.4. 순환전류 감시
현대적인 변압기 시스템에서는 순환전류를 감시하고 이를 자동으로 조정할 수 있는 시스템을 사용할 수 있습니다. 이러한 시스템은 순환전류를 감지하여 경고를 주거나, 필요시 자동으로 부하 분배를 조정합니다.
순환전류는 병렬운전 변압기 시스템에서 효율성 저하, 과열, 불균일한 부하 분담 등 여러 가지 문제를 일으킬 수 있습니다. 이러한 문제를 방지하기 위해 변압기 간의 임피던스, 전압, 위상각을 일치시키는 것이 중요합니다. 병렬운전 변압기를 설계하거나 운영할 때, 이러한 요인들을 고려하여 순환전류를 최소화하는 것이 시스템의 안정성과 효율성을 유지하는 데 필수적입니다.