침수된 변압기의 손실을 계산하는 것은 제조업체와 사용자 모두에게 중요한 측면입니다. 침수형 변압기 공급업체로서 이러한 손실을 이해하면 제품 설계 및 최적화에 도움이 될 뿐만 아니라 고객에게 보다 정확한 정보를 제공할 수도 있습니다. 이 블로그에서는 침지형 변압기의 다양한 손실 유형과 이를 계산하는 방법을 살펴보겠습니다.
수중 변압기의 손실 유형
침수형 변압기에는 무부하 손실과 부하 손실이라는 두 가지 주요 손실 유형이 있습니다.
아니오 - 부하 손실
코어 손실이라고도 알려진 무부하 손실은 변압기에 전원이 공급되지만 2차측에 연결된 부하가 없을 때 발생합니다. 이러한 손실은 주로 히스테리시스 손실과 와전류 손실이라는 두 가지 요인으로 인해 발생합니다.
히스테리시스 손실
히스테리시스 손실은 변압기 코어 재료의 반복적인 자화 및 탈자화로 인해 발생합니다. 교류 전류가 1차 권선을 통과할 때 코어의 자기장은 지속적으로 방향을 바꿉니다. 코어 소재에는 히스테리시스라는 특성이 있는데, 이는 소재의 자기 방향을 변경하려면 에너지가 필요하다는 의미입니다. 히스테리시스 손실($P_h$)은 Steinmetz 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
$P_h = k_h f B_m^{n} V$
여기서 $k_h$는 코어 재료에 따라 달라지는 Steinmetz 계수입니다. $f$는 교류의 주파수입니다. $B_m$은 코어의 최대 자속 밀도입니다. $n$은 Steinmetz 지수(보통 1.5에서 2.5 사이)입니다. $V$는 코어의 부피입니다.
와전류 손실
와전류 손실은 코어의 유도 전류로 인해 발생합니다. 코어의 자기장이 변하면 코어 재료에 와전류라고 알려진 순환 전류가 유도됩니다. 이러한 와전류는 열의 형태로 전력 손실을 유발합니다. 와전류 손실($P_e$)은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
$P_e=k_e f^{2} B_m^{2} t^{2} V$
여기서 $k_e$는 코어 재료 및 전기 전도성과 관련된 상수이고, $t$는 코어의 적층 두께입니다.
총 무부하 손실($P_{nl}$)은 히스테리시스 손실과 와전류 손실의 합입니다.
$P_{nl}=P_h + P_e$
부하 손실
구리 손실이라고도 하는 부하 손실은 변압기가 부하에 전력을 공급할 때 발생합니다. 이러한 손실은 주로 변압기 권선의 저항으로 인해 발생합니다. 전류가 권선을 통해 흐를 때 줄(Joule)의 법칙에 따라 전력은 열로 소산됩니다.
부하 손실($P_{l}$)은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
$P_{l}=나^{2}R$
여기서 $I$는 권선을 통해 흐르는 전류이고 $R$는 권선의 저항입니다. 변압기에서 부하 손실은 일반적으로 최대 부하 전류에서 측정됩니다. 그러나 실제로 변압기의 부하는 다를 수 있습니다. 가변 부하를 고려하기 위해 부분 부하에서의 부하 손실은 다음 관계식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
$P_{l}(x)=x^{2}P_{lfl}$
여기서 $x$는 전부하 전류($x = \frac{I}{I_{fl}}$)의 비율이고, $P_{lfl}$는 전부하 시 부하 손실입니다.
변압기 손실에 영향을 미치는 요인
핵심 소재
코어 재료의 선택은 무부하 손실에 상당한 영향을 미칩니다. 예를 들어,비정질 금속 변압기기존 실리콘 강철 코어에 비해 히스테리시스 및 와전류 손실이 훨씬 낮은 비정질 금속 코어를 사용합니다. 이는 비정질 금속이 더 무작위적인 원자 구조를 갖고 있어 자화 및 탈자화에 필요한 에너지를 줄이기 때문입니다.
권선 디자인
단면적과 도체의 길이를 포함한 권선의 설계는 부하 손실에 영향을 미칩니다. 권선 도체의 단면적이 넓을수록 저항이 감소하여 부하 손실이 감소합니다. 그러나 이는 또한 변압기의 비용과 크기를 증가시킵니다.
작동 조건
작동 온도와 부하율도 변압기 손실에 영향을 미칩니다. 온도가 증가하면 권선 도체의 저항이 증가하여 부하 손실이 높아집니다. 최대 부하에 대한 평균 부하의 비율인 부하율은 시간 경과에 따른 변압기의 실제 부하를 결정합니다. 부하율이 높다는 것은 변압기가 더 오랜 기간 동안 최대 부하 용량에 가깝게 작동하여 부하 손실이 더 높다는 것을 의미합니다.
총 변압기 손실 계산
총 변압기 손실($P_{total}$)은 무부하 손실과 부하 손실의 합입니다.
$P_{합계}=P_{nl}+P_{l}$
주어진 부하에서의 총 손실을 계산하기 위해 먼저 부하에 관계없이 일정한 무부하 손실을 계산합니다. 그런 다음 부분 부하 손실 공식을 사용하여 실제 부하 전류를 기반으로 부하 손실을 계산합니다.
예를 들어, 변압기의 무부하 손실이 1000W이고 전부하 손실이 5000W이고 전체 부하 용량의 50%에서 작동하는 경우 이 부분 부하에서의 부하 손실은 다음과 같습니다.
$P_{l}(0.5)=0.5^{2}\times5000 = 1250$W
50% 부하에서의 총 손실은 다음과 같습니다.
$P_{총액}=1000 + 1250=2250$W
손실 계산의 중요성
변압기 손실을 정확하게 계산하는 것은 여러 가지 이유로 필수적입니다. 첫째, 변압기의 설계 및 선택에 도움이 됩니다. 손실을 최소화함으로써 변압기의 효율을 향상시켜 에너지 소비와 운영 비용을 줄일 수 있습니다. 둘째, 변압기의 온도상승을 판단하기 위해서는 손실계산이 중요하다. 손실이 높을수록 열 발생이 많아져 절연 수명과 변압기의 신뢰성에 영향을 미칠 수 있습니다.
사례 연구:삼상 변압기
다음을 고려해 봅시다.삼상 오일 침지 변압기다음 사양을 사용합니다.
- 아니요 - 부하 손실($P_{nl}$): 2000W
- 전체 부하 손실($P_{lfl}$): 8000W
- 정격 전력: 1000kVA
변압기가 전부하 용량의 70%에서 작동하는 경우 이 부분 부하에서의 부하 손실을 계산할 수 있습니다.
$x = 0.7$
$P_{l}(0.7)=0.7^{2}\times8000=3920$W
70% 부하에서의 총 손실은 다음과 같습니다.
$P_{총액}=2000 + 3920 = 5920$W
결론
침수된 변압기의 손실을 계산하는 것은 복잡하지만 중요한 작업입니다. 다양한 유형의 손실, 손실에 영향을 미치는 요인, 손실 계산 방법을 이해함으로써 보다 효율적인 변압기를 설계하고 선택할 수 있습니다. 침지형 변압기 공급업체로서 당사는 손실이 적은 고품질 제품을 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 당사 제품에 관심이 있거나 변압기 손실에 대한 추가 정보가 필요한 경우 조달 및 추가 논의를 위해 언제든지 당사에 문의해 주십시오.
참고자료
- J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma, Thomas J. Overbye의 전력 시스템
- 변압기 공학: 설계, 기술 및 진단 - George Karady 및 James G. McCalley