11편 – 변압기의 병렬운전 조건과 전압균형의 원리

변압기의 병렬운전은 전기설비에서 매우 중요한 개념으로, 하나의 변압기만으로는 감당하기 어려운 부하를 안정적으로 공급하기 위해 두 대 이상을 함께 연결하여 운전하는 방식이다. 전력계통에서는 부하가 갑자기 증가할 수도 있고, 변압기 한 대가 고장이나 점검으로 인해 운전이 불가능한 상황이 발생할 수 있기 때문에 여러 대의 변압기를 병렬로 연결해 두면 안정성과 신뢰성을 대폭 높일 수 있다. 하지만 아무 변압기나 단순히 선만 연결한다고 해서 문제 없이 병렬운전이 되는 것은 아니며, 특정 조건을 만족하지 못하면 부하 공유가 제대로 이루어지지 않고 변압기 내부에 순환전류가 흐르거나 과부하가 발생하는 등 위험한 상황이 생길 수 있다. 그래서 전기기사 시험에서도 변압기 병렬운전 조건은 매우 중요한 이론으로 자주 등장한다.

 

 

변압기의 병렬운전이 가능하려면 가장 첫 번째이자 절대적인 조건이 권수비가 같아야 한다는 점이다. 권수비가 다르면 2차측 전압이 서로 달라지고 전압차 때문에 순환전류가 흐르게 된다. 순환전류는 부하와 관계없이 두 변압기 사이에 흐르는 불필요한 전류로, 실제 부하로 전달되는 전력이 아닌 손실만 만드는 위험한 전류이며, 크기가 커지면 변압기의 과열과 손상이 발생할 수 있다. 그렇기 때문에 병렬운전을 하려면 두 변압기의 1차와 2차 권수비가 정확히 일치해야 하며, 만약 조금이라도 다르다면 사용이 어렵거나 별도의 조정 장치를 적용해야 한다.

두 번째 조건은 임피던스 전압(%Z)이 동일해야 한다는 것이다. 변압기는 각각 고유의 내부 임피던스를 가지고 있으며, 이는 전류가 흐를 때 발생하는 전압강하의 크기를 결정한다. 병렬운전을 할 때 임피던스 전압이 다르면 부하가 두 변압기 사이에서 균등하게 나누어지지 않고, 임피던스가 작은 변압기쪽으로 더 많은 전류가 몰리기 때문에 결국 한 변압기만 과부하가 걸리는 현상이 발생한다. 전력설비에서는 부하 분담이 가장 중요한 요소이기 때문에 변압기 병렬운전 조건에서 임피던스의 일치는 매우 핵심적인 기준이다. 실제 시험에서는 “임피던스가 다르면 부하분담이 어떻게 되는가?”라는 형태의 문제도 자주 출제되며, 임피던스가 작은 변압기가 더 많은 부하를 분담한다는 점을 반드시 기억해야 한다.

세 번째 조건은 극성이 같아야 한다는 것이다. 변압기에는 권선을 감는 방향과 상의 흐름에 따라 극성이 정해져 있는데, 병렬운전 시 극성이 서로 다르면 두 변압기 사이에서 순간적으로 큰 차이가 발생해 단락과 같은 심각한 사고를 유발할 수 있다. 극성이 다르면 어떤 변압기는 위상이 180도 반대 방향으로 형성되기 때문에 병렬 연결된 순간 큰 충돌 전류가 흐르게 되며, 이는 즉각적인 사고로 이어질 수 있다. 그래서 현장에서도 병렬운전 전 반드시 극성 시험을 통해극성이 동일한지 확인한다.

네 번째 조건은 각 변압기의 정격 전압과 정격 주파수가 같아야 한다는 점이다. 주파수가 다르면 자속의 크기와 철심의 동작이 달라지고, 정격 전압이 다르면 2차측 출력 전압도 달라져 안정적인 병렬운전이 어렵다. 두 변압기가 다른 지역에서 제작되었거나 다른 규격으로 제작된 경우에는 주파수나 정격 전압이 미세하게 다를 수 있기 때문에 이러한 부분을 반드시 체크해야 한다.

마지막 조건은 위상변화가 있어서는 안 된다, 즉 변압기의 결선 그룹(벡터 그룹)이 같아야 한다는 것이다. 변압기 결선 방식은 Y-Δ, Δ-Y 등 여러 가지가 있으며, 결선 방식마다 위상차가 달라진다. 만약 결선 그룹이 다른 변압기를 병렬로 연결하면 위상차 때문에 순환전류가 발생하고 정상적인 전력 공급이 되지 않는다. 전기기사에서는 이 내용을 매우 자주 묻기 때문에 “벡터 그룹이 같아야 병렬운전 가능”이라는 결론을 꼭 암기해야 한다.

이처럼 변압기의 병렬운전은 단순하게 변압기 두 개를 연결하는 기술이 아니라, 전압, 임피던스, 극성, 위상 등 전기적 조건이 정확히 일치해야만 가능한 정교한 운전 방식이다. 이 조건들을 확실히 이해해두면 시험 문제에서 왜 순환전류가 발생하는지, 왜 부하 분담이 불균형해지는지, 왜 결선 방식이 서로 같은 변압기만 병렬로 사용할 수 있는지 명확하게 설명할 수 있고, 실제 문제 풀이에서도 원리적으로 접근할 수 있기 때문에 실수를 줄일 수 있다. 변압기 파트는 전기기사 필기에서도 많은 비중을 차지하는 만큼, 병렬운전 조건을 확실히 이해하고 나면 변압기 문제의 절반은 이미 해결된 것과 다름없다.