변압기 결선 방식과 전압 계산 – 단상과 삼상의 차이점

전기기사나 전기공사기사 시험을 준비하다 보면 변압기의 결선 방식과 전압 변환 공식에서 루트3(√3)이 들어가는 경우와 그렇지 않은 경우를 자주 마주하게 됩니다. 특히 단상 변압기와 삼상 변압기의 차이를 이해하는 것은 실무에서도 매우 중요합니다. 이번 글에서는 단상과 삼상 변압기의 결선 방식에 따른 전압 계산 방법을 명확히 정리해 드리겠습니다.

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1. 단상 변압기와 삼상 변압기의 차이

단상 변압기 (1Φ Transformer)

단상 변압기는 전력을 하나의 위상(Phase)만 사용하여 변환하는 방식입니다. 주로 가정용 및 소형 산업 장비에서 사용됩니다.

• 예: 1Φ 3W 300kVA 변압기 (22.9kV/110V~220V)
• 단상 변압기의 특징은 루트3을 사용하지 않는다는 점입니다.

삼상 변압기 (3Φ Transformer)

삼상 변압기는 세 개의 위상 전력을 이용하여 더 효율적으로 전력을 공급하는 방식입니다. 대규모 산업 시설 및 공장 등에서 주로 사용됩니다.

• 예: 1Φ 500kVA × 3 변압기 (22.9kV/220V)
• 삼상 변압기의 선간전압(라인전압)과 상전압(위상전압)은 √3의 관계를 갖습니다.

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2. 왜 일부 변압기는 분모에 √3이 없을까?

위 그림처럼 왼쪽 변압기(1Φ 3W 300kVA)에는 √3이 없고, 오른쪽 변압기(1Φ 500kVA ×3)에는 √3이 포함되어 있는 이유는 다음과 같습니다.

• 단상 변압기: 단순히 1차 전압(22.9kV)을 2차 전압(110V~220V)으로 변환하는 구조이므로 루트3이 필요 없습니다.
• 삼상 변압기: 삼상 델타(Δ) 결선 방식에서는 선간전압과 상전압의 차이가 √3배 나기 때문에 변압기 용량 계산 시 √3을 분모에 포함해야 합니다.

공식 비교

1. 단상 변압기 공식 (√3 없음)S=V×IS = V \times IS=V×I(단순 전력 계산)
2. 삼상 변압기 공식 (√3 포함)S=V×I3S = \frac{V \times I}{\sqrt{3}}S=3​V×I​(삼상 전력 계산 시 루트3 고려)

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3. 변압기 결선 방식에 따른 전압 변환 공식

(1) Y-Δ 결선

• 선간전압과 상전압의 관계: V_L = √3 × V_P
• 변압기 용량 계산 시 루트3 포함

(2) Δ-Δ 결선

• 선간전압과 상전압이 동일: V_L = V_P
• 루트3 필요 없음

(3) Y-Y 결선

• 선간전압과 상전압의 관계: V_L = √3 × V_P
• 루트3 포함

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4. 실무에서의 적용 예시

• 주택용 변압기: 대부분 단상 변압기 사용 → 루트3 없음
• 공장 및 대형 건물 변압기: 삼상 변압기 사용 → 루트3 포함
• 산업용 기계 장비: 삼상 전원 필요 시, 변압기 설계 시 루트3을 고려해야 함

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마무리

변압기의 결선 방식에 따라 루트3이 포함될 수도, 포함되지 않을 수도 있다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 단상 변압기는 단순한 전압 변환을 수행하지만, 삼상 변압기는 선간전압과 상전압의 관계를 고려해야 하기 때문에 루트3을 사용합니다. 전기기사 및 공사기사 시험을 준비하는 분들에게 중요한 개념이므로 꼭 숙지하시기 바랍니다.