결론부터 씁니다. 변압기 병렬 운전 조건은 결선군(각변위)·극성, 전압비(탭), %임피던스 세 가지로 정리되지만, 이 셋은 성격이 다릅니다. 앞의 둘은 어긋나면 투입 순간 큰 순환 전류로 드러나므로 투입 전 인터락으로 막을 수 있는 이산 조건입니다. %임피던스 차이는 투입해도 아무 경보가 없고, 부하 분담을 조용히 기울여 두 대의 합산 용량을 깎습니다. 그래서 병렬 운전은 인터락과 별도로 “병렬 가용 용량”을 계산해 부하 상한으로 관리해야 합니다.
안전 인터락 먼저 — 모선 연락 차단기 투입 조건
변압기 두 대를 병렬로 묶는 지점은 대개 2차측 모선 연락 차단기(Bus-tie)입니다. 투입 허가 조건과 병렬 중 트립 연동을 함께 정해야 합니다.
- EMO는 수배전반 차단기 트립 회로에 하드와이어로 직결하며, PLC는 상태만 감시합니다.
- 결선군이 다른 변압기는 병렬 투입 대상에서 설계 단계에 제외합니다. 이 조건은 운전 중 바뀌지 않으므로 로직이 아니라 단선도와 명판 대조로 확정합니다.
- 두 변압기의 1차측이 서로 다른 수전 계통이면 모선 연락 차단기에 동기 검정(25) 조건을 둡니다.
- OLTC가 있는 경우 두 변압기의 탭 위치가 일치할 때만 투입을 허가합니다.
- 병렬 중 한 변압기의 1차 차단기가 트립하면 같은 변압기의 2차 차단기를 연동 트립(Inter-trip)합니다. 그렇지 않으면 건전 변압기가 2차측에서 트립된 변압기를 역가압해, 1차측이 열려 있어도 해당 변압기가 충전된 상태로 남습니다. 작업자 안전과 직결되는 조건입니다.
- 접지개폐기 투입 상태, 록아웃(86) 미복귀 상태에서는 투입 회로를 하드와이어로 차단합니다.
%임피던스 차이가 합산 용량을 깎는 계산
병렬 변압기의 부하 분담은 정격 용량을 %임피던스로 나눈 값에 비례합니다. i번째 변압기 분담 S_i = S_L × (S_ir / Z_i) / Σ(S_jr / Z_j)입니다.
- 가정: T1 1,000 kVA, %Z 5 %. T2 1,000 kVA, %Z 6 %. X/R 비는 같다고 둡니다.
- 가중치: T1 = 1000 / 5 = 200, T2 = 1000 / 6 ≈ 166.7. T1 분담 비율 = 200 / 366.7 ≈ 54.5 %.
- 부하 2,000 kVA에서 T1은 약 1,091 kVA로 정격의 109 %, T2는 약 909 kVA입니다.
- 어느 한 대도 과부하가 되지 않는 최대 부하 = 1,000 / 0.545 ≈ 1,833 kVA. 합산 정격 2,000 kVA의 약 92 %입니다.
명판상 같은 용량 두 대를 병렬로 묶었는데 합산 용량의 약 8 %를 쓸 수 없습니다. 이 손실은 경보로 드러나지 않고, 부하가 늘어나는 여름철에 %Z가 낮은 쪽 변압기의 온도로 먼저 나타납니다. X/R 비까지 다르면 유효전력과 무효전력의 분담 비율도 서로 달라지므로, 정밀한 값은 두 변압기의 저항분·리액턴스분을 따로 넣어 계산해야 합니다.
탭 불일치와 순환 전류
두 변압기의 전압비가 다르면 무부하 상태에서도 두 변압기 사이에 순환 전류가 흐릅니다. 같은 정격이라면 순환 전류의 크기는 대략 전압 차(%)를 두 변압기 %Z의 합으로 나눈 값입니다.
- 가정: 탭 1스텝 차이 = 1.25 %, %Z 5 % + 6 %.
- 순환 전류 ≈ 1.25 / (5 + 6) ≈ 0.114, 즉 정격 전류의 약 11 %가 부하와 무관하게 흐릅니다.
이 전류는 주로 무효분이라 전력량계로는 잘 보이지 않지만, 권선 동손과 온도를 올리고 한쪽 변압기의 여유를 줄입니다. OLTC를 개별 자동 전압 조정으로 두면 두 제어기가 서로 반대 방향으로 탭을 움직이는 경합이 생길 수 있어, 병렬 중에는 마스터-팔로워 방식으로 묶는 것이 일반적입니다.
병렬 투입·탭 동기 로직 (ST 의사코드)
(* I/O MAP *)
(* %I5.0 DI_EMO_CHAIN_OK : EMO 하드와이어 체인 정상 - 상태 감시 전용 *)
(* %I5.1 DI_T1_HV_CB_CLOSED : T1 1차 차단기 52a *)
(* %I5.2 DI_T2_HV_CB_CLOSED : T2 1차 차단기 52a *)
(* %I5.3 DI_SYNC_CHECK_OK : 동기 검정 계전기 25 허가 접점 *)
(* %I5.4 DI_LOR_86_RESET : 록아웃 86 복귀 *)
(* %I5.5 DI_ES_OPEN : 모선 접지개폐기 개방 *)
(* %IW400 AI_T1_TAP_POS : T1 탭 위치 - 트랜스듀서 *)
(* %IW401 AI_T2_TAP_POS : T2 탭 위치 - 트랜스듀서 *)
(* %Q5.0 DO_TIE_CLOSE_PERMIT: 모선 연락 차단기 투입 허가 - 하드와이어 조건 뒤 직렬 *)
(* %Q5.1 DO_T2_TAP_RAISE : T2 OLTC 올림 - 팔로워 *)
(* %Q5.2 DO_T2_TAP_LOWER : T2 OLTC 내림 - 팔로워 *)
(* %Q5.3 DO_TAP_MISMATCH_ALM: 탭 불일치 경보, OLTC 자동 정지 *)
(* 1차 차단기 트립 시 2차 차단기 연동 트립은 보호 회로에서 하드와이어로 구성 *)
I_TAP_DIFF := AI_T1_TAP_POS - AI_T2_TAP_POS;
(* 1. 투입 허가 - 탭 일치, 양측 1차 투입, 동기, 86 복귀, 접지개폐기 개방 *)
DO_TIE_CLOSE_PERMIT := DI_EMO_CHAIN_OK AND DI_T1_HV_CB_CLOSED AND DI_T2_HV_CB_CLOSED
AND DI_SYNC_CHECK_OK AND DI_LOR_86_RESET AND DI_ES_OPEN
AND (I_TAP_DIFF = 0);
(* 2. 마스터-팔로워 - T1 이 마스터, T2 가 1스텝씩 추종 *)
TON_STEP(IN := (I_TAP_DIFF <> 0) AND NOT X_TAP_BLOCK, PT := T#5S); (* 탭 동작 간격 - 예시값 *)
DO_T2_TAP_RAISE := TON_STEP.Q AND (I_TAP_DIFF > 0);
DO_T2_TAP_LOWER := TON_STEP.Q AND (I_TAP_DIFF < 0);
(* 3. 추종 실패 - 불일치가 30 s 이상 지속되면 OLTC 자동 정지와 경보 *)
TON_MISMATCH(IN := I_TAP_DIFF <> 0, PT := T#30S); (* 예시값 *)
IF TON_MISMATCH.Q THEN
X_TAP_BLOCK := TRUE; (* 수동 복귀 전까지 자동 탭 동작 금지 *)
END_IF;
DO_TAP_MISMATCH_ALM := X_TAP_BLOCK;탭 동작 간격 5 s와 불일치 판정 30 s는 예시값이며 OLTC 기구의 1스텝 동작 시간보다 길게 잡아야 합니다. 탭 위치 트랜스듀서의 오차나 접점 채터링으로 가짜 불일치가 생길 수 있으므로, 현장 탭 표시와 PLC 입력값 대조가 선행돼야 합니다. 불일치 시 모선 연락 차단기를 자동으로 여는 로직은 두지 않았습니다. 병렬 해제가 한쪽 변압기 과부하를 부를 수 있기 때문이며, 해제 여부는 운전원 판단으로 남깁니다.
병렬 조건 정리
| 조건 | 어긋날 때 | 관리 방법 |
|---|---|---|
| 결선군·극성 | 큰 순환 전류, 사실상 단락 | 설계 단계 배제 |
| 상회전 | 투입 즉시 단락 | 상회전 확인 시험 |
| 전압비(탭) | 무부하 순환 전류 | 탭 일치 인터락, 마스터-팔로워 |
| %임피던스 | 분담 불균형, 용량 손실 | 병렬 가용 용량으로 부하 상한 |
| X/R 비 | 유효·무효 분담 차이 | 제작 사양 비교 |
| 용량비 | 소용량 측 과부하 경향 | 제조사·IEC 60076-8 검토 |
표의 위 세 줄은 “투입해도 되는가”의 문제이고, 아래 세 줄은 “투입한 뒤 얼마까지 쓸 수 있는가”의 문제입니다. 인터락은 위 세 줄만 막아 줍니다. 아래 세 줄은 계산으로 정한 부하 상한을 감시 시스템에 넣지 않으면 관리되지 않습니다.
병렬 운전 전 확인 체크리스트
- □ 두 변압기의 결선군·정격 전압·탭 범위·스텝 폭을 명판과 시험 성적서로 대조했는가
- □ 상회전 확인 시험을 모선 연락 차단기 첫 투입 전에 했는가
- □ %Z와 X/R로 병렬 가용 용량을 계산하고 부하 상한 경보를 설정했는가
- □ 병렬 시 2차측 고장전류 증가분을 반영해 하류 차단기 차단 용량을 재검토했는가
- □ 1차 차단기 트립 시 2차 차단기 연동 트립을 실제 시험으로 확인했는가
- □ OLTC 마스터-팔로워 전환과 불일치 경보 동작을 시험했는가
고장전류 항목은 간과되기 쉽습니다. 가정: 22.9 kV/380 V, 1,000 kVA, 전원 임피던스 무시. 정격 2차 전류 = 1,000 kVA / (√3 × 380 V) ≈ 1,519 A이고, %Z 5 %면 고장전류 약 30.4 kA, %Z 6 %면 약 25.3 kA입니다. 병렬로 묶으면 2차 모선 고장전류는 합산 약 55.7 kA로, 단독 운전 기준으로 고른 차단기의 차단 용량을 넘을 수 있습니다.
경계 조건 — 병렬 운전이 오히려 불리한 자리
병렬 운전의 이점은 한 대 고장 시 무정전 부하 유지와 경부하 시 한 대 정지 운전입니다. 그런데 앞의 계산처럼 병렬로 묶으면 2차 고장전류가 커져 하류 차단기와 모선의 단락 강도를 올려야 할 수 있습니다. 이 비용이 크고, 한 대 고장 시 수동·자동 절체로 몇 초 정전을 허용할 수 있는 부하라면 모선을 나눠 단독 운전하고 연락 차단기를 상시 개방(자동 절체용)으로 두는 편이 유리합니다.
반대로 부하가 순간 정전을 허용하지 않고, 차단 용량 여유가 이미 확보돼 있으며, %Z와 탭 조건이 맞는 변압기 조합이라면 상시 병렬이 유리합니다.
단일 판단 기준은 이것입니다. 병렬 시 2차 고장전류가 기존 차단기 차단 용량 안에 있고 부하가 순간 정전을 허용하지 않으면 상시 병렬, 둘 중 하나라도 어긋나면 상시 개방 연락 차단기와 자동 절체로 갑니다.
