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전기 마당

대용량 전동기 기동 변압기 용량 계산 방법

by 『★√★』 2023. 5. 4.

 이번 포스팅은 대용량 전동기 기동 변압기 용량 계산 방법 대해서 공유 드리도록 하겠습니다. 변압기는 전기를 공급해야 하는 전기 부하에 원하는 전압을 공급하는데 사용이 됩니다.

 

 변압기 계산할 때 꼭 고려해야 할 사항이 바로 대용량 전동기 기동 조건입니다. 즉 전동기의 용량 뿐만 아니라 기동 시 조건까지 고려해서 대용량 전동기 기동 변압기 용량 계산 해주셔야 합니다.

 

 

대용량-전동기기동-변압기용량-계산방법-썸네일
대용량-전동기기동-변압기용량-계산방법-썸네일

 

목차

1. 대용량 전동기 기동 변압기 용량 계산 방법

2. 대용량 전동기 기동 변압기 용량 계산 방법 예제

 

 

대용량 전동기 기동 변압기 용량 계산 방법

 

 

: 대용량 전동기 기동 변압기 용량 계산 하기 위해서는 전동기 전 부하 전류 (FLA) 와 해당 구속전류의 승수를 우선적으로 알아야 합니다. 전동기 전부하 전류는 전동기 전 부하 전류 구하시는 공식을 이용하여 구하시면 됩니다.

 

 

- 전동기 전 부하 전류 (FLA)

 

: 전동기 Rating / ( √3 x Rated Voltage x Power Factor)

 

 추가적으로 전동기 구속전류 승수의 경우에는 NAMA 코드를 참조하면 됩니다. 보통 저압 모터의 경우에는 NEMA E~H 코드 중에 해당 모터 제작사에서 적용한 코드를 이용하여 전동기 구속전류를 계산을 해주시면 됩니다.

 

NEMA Code kVA/HP (LRC - Lock Rotor Current Case)  Mid-Range Value (LRC)
A 0 - 3.15 1.6
B 3.15 - 3.55 3.3
C 3.55 - 3.99 3.8
D 4.0 - 4.49 4.3
E 4.5 - 4.99 4.7
F 5.0 - 5.59 5.3
G 5.6 - 6.29 5.9
H 6.3 - 7.09 6.7
J 7.1 - 7.99 7.5
K 8.0 - 8.99 8.5
L 9.0 - 9.99 9.5
M 10.0 - 11.19 10.6
N 11.2 - 12.49 11.8
P 12.5 - 13.99 13.2
R 14.0 - 15.99 15.0
S 16.0 - 17.99 17.0
T 18.0 - 19.99 19.0
U 20.0 - 22.39 21.0
V 22.4 - and up 22

 

- NEMA

 

: The National Electrical Manufacturer's Association - who sets the design standards for motors, has established a NEMA Code letter designation to classify motors by the ratio of locked rotor kVA per horsepower. The starting kVA required by a motor starting at full voltage is determined from the nameplate on the motor or from the manufacturer.

 

(모터의 설계 표준을 설정하는 National Electric Manufacturer's Association은 마력당 잠금 로터 kVA의 비율에 따라 모터를 분류하는 NEMA Code 문자 지정을 확립했습니다. 최대 전압에서 시작하는 모터에 필요한 시동 kVA는 모터의 명판 또는 제조업체로부터 결정된다.)

 

NEMA 코드를 기준으로 나온 전동기 구속전류 승수를 기준으로 전동기 구속전류를 구해주시면 됩니다.

 

- 전동기 로터 구속전류 = 승수(NAME Code 기준) x 전동기 전 부하 전류(FLA)

 

전동기 전부하 전류(FLA) 와 전동기 구속 전류 (LRA) 를 구해서 기동시 전동기 돌입 KVA (Irsm) 을 구하실 수 있습니다.

 

- 기동시 전동기 돌입 kVA (Irsm) = 전동기 Rated Voltage x 전동기 구속전류(LRC) x √3  / 1000

 

 추가적으로 기 선정한 변압기 최대 부하 전류를 변압기 임피던스로 나눠주면 변압기 2차측의 단락전류가 검출이 됩니다.

 

  • 변압기 최대 부하 전류 = 기 선정한 kVA / (√3  x Rated Voltage)
  • TC Secondary (Isc) 단락 전류 = 변압기 최대 부하 전류 / 임피던스 

 

 

이렇게 계산된 전류를 이용하여 변압기 최대 수용 변압기 용량을 산정할 수 있습니다. 이렇게 계산된 변압기 최대 수용 변압기 용량과 기동시 전동기 돌입 KVA를 이용하여 전압강하를 계산 할 수 있습니다.

 

  • 정격 단락 전류 TC 최대 변압기 용량 (kVA) = (Rated Voltage x Isc x √3) / 1000 
  • 전동기 돌입 기동 시 변압기 2차측 전압 강하 (Vd) = 기동시 전동기 돌입 (kVA) / 정격 단락 전류 TC 최대 변압기 용량 (kVA)

 

 이렇게 산출된 예상 전압강하와 대용량 모터 기동 시 허용하는 전압 강하 수치를 비교하여 해당 변압기 용량이 적절한지를 판단하실 수 있습니다. 

 

 

대용량 전동기 기동 변압기 용량 계산 방법 예제

 

 

: 위에서 설명 드린 대용량 전동기 기동 변압기 용량 계산 방법 대한 내용에 대한 이해를 돕기 위해서 예제를 활용하여 설명 드리도록 하겠습니다. 

 

대용량 전동기 Specification 변압기 Specification
전동기 Rated Power 400kW 변압기 용량 1000kVA
전동기 Rated Voltage 3.3kV 변압기 Primary
/ Secondary Voltage
11 / 3.3kV
전동기 Power Factor 0.8 변압기 임피던스 7%
전동기 구속전류 NAMA Code F    

 

 대용량 전동기 Specification 과 변압기 Specification 사항을 가지고 계산하면 아래와 같이 계산을 할 수 있습니다. 

 

1) 전동기 전 부하 전류 (FLA) 전동기 Rating / ( √3 x Rated Voltage x Power Factor) = 87.5 A

2) Max LRC (전동기 Lock Rotor Curre = 5.0 × 87.5 = 437.5 A

3) Max LRC (전동기 Lock Rotor Current) = 5.49 × 87.5 = 480.38 A

 

4) 기동시 전동기 돌입 전동기 부하(kVA, Irsm)

   = 전압 x Max LRC (전동기 Lock Rotor Current) x  √3 / 1000 = 3300 x 480.38 x √3  / 1,000 = 2748.74 kVA

 

 

5) 변압기 최대 부하 전류 = 기 설정한 변압기 용량 / (√3  x 전압) = 1,000,000 / (√3 × 3300) = 174.95 A.

6) TC Secondary (Isc) 단락 전류 = 변압기 최대 부하 전류 / 임피던스 = 174.95 / 0.07 = 2499.29 A

7) 정격 단락 전류 TC의 최대 kVA = (전압 x Isc x √3 ) / 1000 = 3300 x 2499.29 x √3 / 1000 = 14285.36 kVA

8) 전동기 돌입 기동 시 변압기 2차 전압 강하 (Vd)

 = 기동시 전동기 돌입 전동기 부하 / 정격 단락 전류 TC의 최대 kVA = 2748.74/14,285.36 X100 = 19.242 %

 

 위에 계산을 통해서 대용량 전동기 기동 시에 변압기 2차측에서 발생하는 전압 강하는 약 19.242% 입니다. 만약 대용량 전동기 기동 시 전압 강하 조건이 20%인 경우에는 해당 변압기 용량이 적정하다고 판단할 수 있습니다. 

 

 

 여기까지 대용량 전동기 기동 변압기 용량 계산 방법 대해서 공유 해 드렸습니다. 전기는 공부하면 공부할 수록 공부해야 될 게 더 많은 거 같습니다.

 

 단순한 부하의 합이 아닌 기동 조건까지 고려해야지 나중에 변압기에 과부하가 일어나는 현상을 예방 할 수 있습니다. 참고로 해당 내용은 제 개인적으로 분석한 내용이기에 오류가 있을 수 있는 점 참조 부탁 드립니다. 감사합니다.

 

 

 

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