변압기 뱅크 및 모선 구성

왜 배우는가: 변압기 뱅크 구성과 모선 방식은 수변전설비 설계의 기본 골격을 정하며, 부하 변동에 따른 운전 효율, 고장 시 정전 범위, 보호 협조에 직접 영향을 준다. 기술사 시험에서 1교시 용어, 2~4교시 논술로 여러 회차에 걸쳐 반복 출제되어 구조와 특징을 함께 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제124회 3교시 1번, 제122회 1교시 3번, 제112회 2교시 1번, 제108회 2교시 3번, 제102회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

변압기 뱅크는 부하 특성에 따라 변압기를 여러 대로 나누어 병렬 운전하고, 모선 방식으로 이를 2차측 배전에 연결하여 운전 대수 제어와 신뢰도를 확보하는 수변전 구성 방식이다.

핵심 키워드

• 변압기 뱅크(Transformer Bank)
• 운전대수제어
• 2차측 모선(Secondary Bus)
• 수용률(Demand Factor)
• 부하율(Load Factor)
• 단일모선·분할모선·병렬모선
• 무부하손실(No-load Loss)
• 최대수요전력 제어

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 변압기를 한 대로 크게 쓰지 않고 여러 대로 나누어 두고, 부하가 적을 때는 일부만 켜는 방식이다. 이렇게 하면 경부하 시 변압기 철손(무부하손실)을 줄일 수 있다.

정식 정의는 다음과 같다. 변압기 뱅크는 동일 또는 유사한 용량의 변압기를 1차측과 2차측 모선에 병렬로 접속하여 부하 크기와 계절 부하에 맞춰 운전 대수를 조절할 수 있도록 구성한 변압 설비 단위다. 건축전기설비 설계기준에서도 부하 특성, 부하 종류, 계절 부하 등을 고려하여 변압기의 운전 대수 제어가 가능하도록 뱅크를 구성하도록 권장하고 있다.

여기서 운전대수제어는 부하율에 따라 변압기를 투입하거나 차단하여 변압기 전체의 효율을 높이는 운전 방법이다. 수용률은 설비용량 대비 실제 최대수요 전력의 비율이며, 뱅크 용량을 정할 때 기준이 된다. 부하율은 평균 수요와 최대 수요의 비율로, 운전 효율을 판단할 때 사용한다.

모선은 변압기 2차측에서 여러 변압기의 출력을 모아 간선과 분기회로로 나누어 주는 공통 도체다. 모선 방식은 이 모아 주는 방법이 단일인지, 분할인지, 병렬인지에 따라 나뉜다. 모선 구성은 정전 범위와 보수 편의성을 정하므로 뱅크 구성과 함께 검토한다.

3. 등장 배경과 필요성

건축물의 전력 부하는 시간대와 계절에 따라 크게 변한다. 하계 냉방 부하가 집중되는 시기와 야간·중간기 부하는 차이가 크다. 변압기를 하나의 대용량 기기로 두면 경부하 시에도 철손이 계속 발생하여 전체 효율이 떨어진다. 그래서 여러 대로 나누어 부하에 맞춰 운전 대수를 조절하는 방식이 필요해졌다.

또한 한 대가 고장이나 정기 점검으로 정지해도 나머지 변압기로 중요 부하를 공급할 수 있어야 한다. 이는 병렬 운전과 뱅크 구성의 신뢰도 측면 필요성이다. 공동주택과 대형 빌딩에서 이 요구가 크다.

최대수요전력 관리 측면에서도 배경이 있다. 수용률과 부등률을 적용해 설비 용량을 적정하게 정하면 과설계를 줄일 수 있다. 다만 수용률은 건물 용도와 부하 구성에 따라 크게 달라지므로 실제 부하 추정과 함께 적용해야 한다. 과도하게 낮은 수용률을 쓰면 용량이 부족하고, 과도하게 높이면 변압기가 과다 설치되어 손실과 설비비가 늘어난다.