고압수전설비 - 변압기의 이해

변압기 (TR, Transformer)

변압기는 한 개의 철심에 두 개이상의 권선을 감아 권선수에 비례하도록 전압을 변성시켜주는 기기로 수변전설비중 가장 중요한 기기이다. 변압기는 패러데이의 전자유도법칙을 이용하여 한 권선에 교류전력을 공급하면 다른 권선에 동일한 주파수의 교류전력으로 변환된다. 변압기는 용량이 작으면 과부하로 인하여 과열·소손 우려와 전압강하로 인한부하에 악영향을 초래하는 반면, 용량이 크면 설비이용률이 나쁘게 되어 비경제적이므로 적정 Factor와 장래부하증설 등을 충분히 고려하여 결정해야 한다.

 

성층철심에 권선N,(1차측)과 N,(2차측)를 감고 1차에 전류를 흘리면 1차권선에 흐르는 전류에 의해 1차측 철심에 자속이 발생하고 이 자속은 철심을 통해 2차권선을 쇄교한다. 2차권선의 내부에 있는 철심에는 1차권선에 의한 자속의 변화를 방해하는 방향하는 방향으로 자속이 발생하고 이 자속에 의해 2차권선에 기전력이 발생하여 전류가 흐르게 된다.

유입변압기

철심 및 권선이 절연유내에 있는 변압기이다. 유입변압기는 옥외용으로 널리 사용되고 있으며 산업자원부 고시 제2000-103호(2000.9.28)에 의거 고효율기자재로 채택된 아몰퍼스 변압기를 의무 사용토록 하고 있다.

 

고효율 변압기의 종류와 특성에 대하여 알아보자

대표적인 고효울 변압기는 아몰퍼스변압기이다. 금속 등 많은 물질은 원자가 규칙적으로 배열되어 결정을 만들고 있는 변압기로 결정입자의 크기는 0.1km 정도의 미결정부터 수십cm 이상의 거대한 단결정까지 여러 가지이지만 아몰퍼스 그와 같은 장거리의 주기적 원자배열이저지된 고체상태를 말한다. 변압기의 철심재료에 사용되는 아몰퍼스, 실리콘, 브론을 주성분으로 하는 원료를 노에 넣어 약 1,260 [℃]로 가열, 용융하여 그 용탕을 슬롯 달린 노즐에서 15[℃] 냉각하고 고속 회전하는 금속성 롤위에 10[℃]의 냉각속도로 냉각하여 박대상으로 제조된다. 아몰퍼스 자성재료는 현재 사용하고 있는 규소강판과 비교하면 포화자속밀도는 규소강판과 비교하면 철손 및 여자전류가 1/3~1/4로 작아 상당히 양호한 성질을 가지고 있다. 변압기의 철손은 철심을 자화하기 위해 소비되는 에너지로서 히스테리시스 손과 와전류손으로 대별된다. 히스테리시스손은 철심내의 자속이 방향 및 크기가 변화할 때 철심을 구성하는 자기분자가 방향 및 배열을 바꾸어 분자 상호간에 마찰손이 발생하는데 기인하는 것으로서, 히스테리시스 루프가포위하는 면적에 비례한다.

히스테리시스손은 주파수에 비례하며 자속밀도의 1.6~2승에 비례한다.아몰퍼스 재료는 히스테리시스루프의 면적이 현용 규소강판과 비교해서 상당히작다. 와전류손은 자속의 변화에 의해 철심 내에 기전력이 발생, 전류가 흐른 결과 저항손실을 발생시키는 것으로써 강판의 두께, 주파수 및 자속밀도의 각각 2승에 비례한다. 아몰퍼스 자성재료는 고속회전하는 냉각틀에 분사되어 만들어지기 때문에 두께가 0.03mm로 현용 규소강판에 비해 약 1/10 정도 얇으며 저항률도 높기 때문에 와전류손도 낮게 억제된다.

 

아몰퍼스변압기는 아몰퍼스 자성재료의 포화자속밀도가 비교적 낮기 때문에 현용의 변압기에 비해 부피가 약간 크다. 아몰퍼스 자성재료의 두께가 얇기 때문에 가공처리에 필요한 작업이 증대·고도화하고 철심의 점적률도 저하한다. 철심 소재로서의 요구사항은 다음과 같다. 우선 보자력이 낮고 투자율은 높아야 한다. 또한 소자 두께가 얇으며 포화자속밀도는 높아야 한다.

아몰퍼스변압기의 장점은 결정 자기이방성이 있다는 것이며 자벽 이동을 방지하는 구조상의 결함이 없다. 또한 판 두께가 매우얇으며 때문에 전기 저항이 높다. 단점으로는 포화자속밀도가 낮으며 풀림 후에는 매우 취약하다는 점이다. 또한 점적률이 나쁘며 압축  응력이 가해지면 특성이 저하되고 자장 풀림이 필요하다는 단점이 있다.

레이저 저소음 고효율 몰드변압기는 무엇인가

레이저 고효율 몰드변압기의 기본 구성 요소인 철심의 재료로 방향성 규소강판을 레이저 가공 처리한 자구미세화강판을 사용하여 부하손실을 30%, 무부하손실을 60~70%절감한 차세대형 고효율 몰드변압기다. 이 변압기의 특징은 다음과 같다. 먼저무부하손 60%와 부하손 30%를 동시에 절감하여 총 손실을 최소화할 수 있다. 또한 아몰퍼스 대비 실질 투자회수 기간을 단축시킬 수 있으며 아몰퍼스 KSC 규격 일반 변압기 대비 30% 이상의 저소음을 실현한다. 그리고 최대 20MVA까지의 대용량 변압기 제작이 가능하며 평균 부하율이 높고(30% 이상) 낮과 밤,계절별 부하 사용의 편차가 크지 않은 수용가에 유리하다.  또한 아파트, 빌딩, 제조공장, 병원, 방송국, 사무용 빌딩 등에 적용 가능하다. 과부하 내량 증가로 UPS, DC, 정류기, 전산기기 등에서 발생하는 고조파 대비용 변압기로도 사용 가능하다.

 

2023.09.13 - [알아보자] - 고압 차단기의 종류와 특성