변압기 (Transformer) - 3

주요 시방과 특성

하나의 권선에 정격 주파수의 정격전압을 가하고 다른 권선을 모두 개로 했을 때의 손실을 무부하손이라고 하며 대부분은 철심 중의 히스테리시스손과 와전류손입니다. 또한 변압기에 부하전류를 흐르게 함으로써 발생하는 손실을 부하손이라고 하며 권선 중의 저항손 및 와전류손, 구조물, 외함 등에 발생하는 표류부하손 등으로 구성됩니다.

 

변압기의 손실에는 무부하손, 부하손 외에 보기손(냉각장치의 손실)이 있는데, 효율의 산출에는 일반적으로 보기손을 제외하고 무부하손과 부하손의 합에서 이른바 규약효율을 구합니다. 한편, 실효효율이란 그 기기에 실부하를 가하여 그 입력과 출력을 직접 측정하고 이에 의하여 산출한 효율입니다.

 

하나의 권선에 정격 주파수의 정격 전압을 가하고 다른 권선을 모두 개방했을 때의 선로 전류 실효값을 그 권선의 정격전류에 대한 백분율로 표시한 것으로, 무부하전류라고도 합니다. 여자전류는 적을수록 좋은데 용량이 큰 변압기일수록 작으므로 무부하 전류값 자체는 별로 문제가 되지 않지만 그보다도 변압기 여자 개시 시의 큰 여자전류인 여자 돌류가 계전기의 오동작을 발생시켜 차단기를 트립시키는 것이 문제가 되는 경우가 많습니다.

 

변압기 온도 상승 한도

전기기기의 정격용량은 대부분 그 기기에 사용되고 있는 절연물에 허용되는 최고 온도에 의해 결정됩니다. 변압기의 온도상승한도는 이 허용 최고 온도와 그 규격이 주로 적용되는 장소의 등가 주위 온도(냉매온도)를 기초로 변압기가 정격 용량에서 연속 운전된 경우 30년 정도의 수명을 기대할 수 있는 것을 전제로 정하고 있습니다. 온도상승한도에 관한 규격내용을 표에 들었습니다. 온도상승한도와 수명의 관계를 JEC-2200의 유입 예에서 보면, 우선 냉매온도가 25℃로 일정한 경우를 예상하여 정하고 있습니다. 또한 권선 최고 온도와 저항법에 의하여 측정되는 권선 평균 온도와의 차는 다수의 실례에 대하여 검토한 결과 오일 자연 순환의 경우 15℃, 오일 강제 순환의 경우 10℃ 로 하고 있습니다. 따라서 냉매온도 25℃일 경우, 최고점 온도는 오일 자연 순환의 경우 (25 + 55 + 15 = 95℃), 오일 강제 순환의 경우 (25 + 60 + 10 = 95℃)로 모두 95℃가 됩니다. 즉, 이 규격에 따른 변압기의 수명은 최고점 온도 95℃ 연속 운전한 경우의 수명과 거의 같으며 종전의 경험에 의하면 95℃에서 연속 운전한 경우에 30년 정도의 수명은 충분히 기대할 수 있습니다. 또한 유입변압기에 관해서는 내열 절연지를 사용하여 권선 온도 상승 한도를 65℃로 한 변압기가 JEM 1365(1978) 「온도상승 65℃ 유입변압기에 규정되어 있습니다.

 

냉각 방식과 냉각 장치

변압기 내에서 발생하는 열손실은 변압기 온도를 높이고 절연물은 열화 시킵니다. 때문에 변압기의 30년 정도의 정규 수명을 기대하기 위해서는 적당한 냉각수단에 의하여 절연물의 온도상승을 그 절연물에 따라 결정되는 일정한 허용값 이하로 억제해야 됩니다. 변압기의 손실은 모두 열 에너지로서 권선 및 철심의 표면에서 방산됩니다. 그 손실은 재료의 용적(한 변의 길이를 l이라 하면 l3)에 비례합니다. 따라서 대형 변압기일수록 열의 방산이 곤란하기 때문에 고도의 냉각 방식이 필요하게 됩니다. 변압기의 냉각 방식은 권선 및 철심을 직접 냉각하는 매체 및 그것을 더욱 냉각하는 주위의 냉각 매체와 그 각각의 순환 방식의 조합에 따라 많은 종류가 있으며 표시 기호를 사용하여 명판에 표시합니다. 유입변압기에서는 일반적으로 100 MVA 정도까지는 유입 자냉 방식이, 그 이상에서는 송유 풍냉 방식이 사용됩니다. 유입 풍냉식은 기존의 유입 자냉식 변압기의 용량을 20~30% 정도 증가시킬 때 많이 사용됩니다. 주요 냉각 방식과 그에 대응하는 냉각 장치에는 표와 같은 것이 있습니다.

 

	유입 자냉식	유입 풍랭식	송유 풍랭식	송유 수냉식
냉각 장치	판넬형 방열기  (라디에이터)	판넬형 방열기 + 냉각 팬	유닛 쿨러	수냉식 유닛 쿨러 +  (냉각탑)
개 요	내부 발생열은 오일의 대  류에 의하여 외함 및 방열  기에 전달되고 방사 및 공  기의 대류에 의하여 대기  중에 방산됩니다. 600MV  A 이하의 변압기에 적용합  니다.	유입 자냉식의 방열기에  냉각 팬으로 바람을 내뿜  어 방열 효과를 증가시킨  방식입니다. 자냉식 변압  기를 개조함으로써 25%   정도 용량을 증가시킬 수   있습니다.	오일을 강제 순환시켜 내부  발생열을 오일/공기 유닛 쿨  러로 유도 하여 대기 중에  방산합니다. 60MVA를 초과  하는 대용량 변압기에 적용  합니다.	오일을 강제 순환시키며  오일/물 유닛 쿨러를 사용  하는 방식입니다. 대기 중  에 열의 방산이 곤란한 장  소, 또한 물의 얻기 쉬운  장소에 적용합니다. 옥외  에 냉각탑을 설치한 순환  수 방식도 있습니다.