다섯 명의 엔지니어에게 전력 변압기와 배전 변압기의 구분에 대해 물어보면, 다섯 가지 다른 답변을 얻습니다. 예를 들어, 한 프로젝트에서는 2,500-kVA 패드 장착 변압기를 배전 변압기로 부르지만, 다른 프로젝트에서는 동일한 장비가 소형 전력 변압기 범주에 속하게 됩니다. 이 기사는 표준에서의 정의, 이러한 정의의 실제적 의미, 그리고 주어진 변압기가 이름판, 냉각 등급 또는 해당 설치의 사진을 기반으로 어떤 범주에 속하는지를 식별하는 방법을 살펴볼 것입니다.
요약하자면: 전력 변압기는 송전 수준에서 변전 수준으로 고용량 전류를 전송합니다. 표준 전압 수준은 33 kV 이상에서 시작하며, 전력 수준은 500 kVA에서 수백 MVA까지이며, 최대 용량에서 90-100% 부하를 통과하며 작동합니다. 반면, 배전 변압기는 35 kVA에서 500 kVA 범위의 중간 전압을 저전압으로 변환하며, 11 kV에서 35 kV의 1차 전압과 약 230-480 V의 변압기 2차 전압을 가지며, 부하 수준은 50%에서 75%로 변동합니다. Subian 회사는 배전 클래스의 오일 침지 변압기와 건식 변압기를 생산하므로, 그 제품 라인은 주로 배전 클래스 변압기로 구성됩니다.
그들을 구별하는 가장 명확한 방법: 체인 내 위치
이름판은 잠시 잊고 장치의 위치에 집중하세요. 발전소에서 발전 장치는 송전 전압 수준으로 올라갑니다. 송전 장치는 그 전압을 전국으로 전달합니다. 그런 다음, 변전 및 1차 배전이 단계적으로 전압을 낮춥니다. 마지막 감소를 책임지는 변압기 – 건물이나 거리에 전력을 공급하는 변압기 – 는 kVA에 관계없이 배전 변압기입니다.
마지막 감소 이전의 모든 것, 발전기 승압 장치부터 인터타이 서브스테이션까지는 전력 변압기입니다. 이는 소비자와 직접 연결되지 않습니다. 전력 변압기가 작동할 때 한 사람의 조명은 줄어들지 않지만, 전체 지역에서는 줄어듭니다. 최종 사용자와의 연결에 대한 이 단일 사실은 의무 주기에서 장치 크기에 대한 중요성까지 거의 모든 설계 편차를 설명합니다.
전압과 용량: 산업이 경계를 그리는 곳
IEEE 141은 전통적인 용량 분할을 설명합니다. 이에 따르면, 배전 유형의 용량은 3에서 500 kVA 사이에 있으며, 전력 유형은 500 kVA에서 시작하는 모든 용량을 포함합니다. 마찬가지로, 액체 침지 변압기에 대한 일반 요구 사항을 명시한 IEEE C57.12.00 표준은 변압기 유형에 대한 동일한 경계 값을 가지고 있습니다. 이는 이 기준이 수용되는 표준으로 남아 있지만, 제조업체와 현장에서 실제 작업을 수행하는 회사들 간에 약간의 편차가 있음을 의미합니다.
| 매개변수 | 전력 변압기 | 배전 변압기 |
|---|---|---|
| 1차 전압 | 33 kV에서 765 kV까지 | 11-35 kV (미국 클래스 15 / 25 / 35 kV) |
| 2차 전압 | 전송 노드에서 33 kV에서 220 kV까지 | 230-480 V (480/277 V, 208/120 V, 400/230 V) |
| 정격 용량 | 500 kVA 이상; 일반적으로 5-500 MVA | IEEE 141에 따라 3-500 kVA; 실제로는 최대 2,500 kVA |
| 전압 클래스 | HV 및 EHV | MV 1차, LV 2차 |
| 그것이 존재하는 곳 | 발전소, 전송 변전소, 상호 연결 | 기둥, 패드, 금고, 실내 전기실 |
| 그것이 서비스하는 대상 | 네트워크 및 유틸리티 | 최종 사용자, 건물, 경량 산업 |
이 분야에서 전압 범주는 가장 신뢰할 수 있는 식별 도구로 간주됩니다. 사용되는 2차 전압이 사용 전압 범위에 해당하면 배전 변압기를 다루고 있는 것입니다. 반대로, 두 권선 모두 전송 수준에서 작동하면 전력 변압기를 다루고 있는 것입니다. 도면이 크기가 매우 작다고 표시하더라도 말입니다.
듀티 사이클 및 효율성: 실제로 비용이 드는 차이
사람들은 철손과 구리 손실의 중요성을 거의 완전히 과소평가합니다. 철(무부하) 손실은 하루 24시간 지속적으로 발생하며, 구리(부하) 손실은 즉각적으로 전류의 제곱에 따라 달라집니다. 전력 변압기는 이름표 정격에 매우 가깝게 지속적으로 작동하므로 설계자는 최대 부하에서 구리 손실과 철 손실을 동일하게 보고 코어를 줄이기 위해 플럭스 밀도를 충분히 높입니다. 배전 변압기는 지속적으로 작동하지만 피크 시간 동안만 에너지를 제공합니다. 따라서 설계자는 철 손실을 최소화하는 데 집중하고 최대 부하에서 구리 손실이 우세할 것이라는 사실을 수용합니다. 배전 변압기의 효율성은 대략 50%-75%입니다.
그 결과, 전체 부하를 기준으로 계산된 일반적인 효율성은 배전 장치에 대해 완전히 잘못된 것입니다. 24시간 동안의 총 에너지 출력을 변압기의 총 에너지 입력으로 나눈 일일 효율성이 이 상황에 더 나은 옵션입니다. 300W의 철 손실과 1,200W의 구리 손실이 있는 100kVA 변압기는 변동하는 순간 효율성에도 불구하고 현실적인 부하 주기에서 98.7%의 일일 효율성을 보여줄 수 있습니다.
그렇기 때문에 전력과 그 올바른 크기는 일반적으로 예상되는 것보다 배전 측에서 가장 중요합니다. 장치가 과대 설계되면, 철 손실이 결코 작동하지 않는 장치에서 발생합니다. 변압기가 과소 설계되면, 구리 손실이 매 피크마다 벌금을 부과합니다. 부하 프로필은 피크 수요만이 아니라 kVA 선택을 결정해야 하며, 적절한 부하 계산 일반적으로 연결된 부하가 제안하는 것보다 작은 장치에 도달하게 됩니다.
당신이 보고 측정할 수 있는 설계 차이
변압기에 접근하면 많은 설계 요소를 볼 수 있습니다. 전력 변압기는 보존기, 방열기, 호흡기 및 때때로 자연 냉각인 ONAN으로 시작하여 부하 및 주변 온도에 따라 ONAF, OFAF 또는 OFWF와 같은 여러 냉각 방법이 장착된 대형 오일 충전 용기입니다. 두 가족 중 어느 쪽에 속할지는 종종 부하보다는 장치가 위치한 곳에 의해 결정됩니다. 오일 침지형 및 건식 변압기 완전히 다른 화재 분리 및 유지보수 의무를 가지고 있습니다.
| 설계 측면 | 전력 변압기 | 배전 변압기 |
|---|---|---|
| 냉각 등급 | ONAN / ONAF / OFAF / OFWF, 때때로 물 | ONAN 또는 건식형 (AN/AF) |
| 플럭스 밀도 | 더 높음, B-H 곡선의 무릎 근처에서 작동 | 더 낮음, 하루 종일 효율성과 거래됨 |
| 탭 체인저 | 부하 탭 변경기 (OLTC) 일반적, 종종 ±8단계 이상 | 비회로 탭 변경기 (OCTC), 일반적으로 ±2 × 2.5% |
| 임피던스 (%Z) | 결함 조정 및 그리드 안정성을 위해 선택됨, 종종 8-20% | 결함 전류를 제한하고 전압 강하를 제어하기 위해 선택됨, 일반적으로 2.5-7.5% |
| 보호 | 차동 보호, 부흐홀츠 릴레이, DGA, SCADA 통합 | HV 퓨즈, 서지 억제기, 온도 게이지, 가끔 원격 감지 |
| 질량 | 영구 기초 위에서 수십에서 수백 톤 | 기둥 또는 패드 장착 가능, 가끔 100kg 이하의 건식형 |
| 일반적인 서비스 수명 | 25-40년 | 15-25년 |
이 행의 첫 번째는 탭 변경기에 관한 것입니다: OLTC는 변압기가 전원이 공급되는 동안 전압을 제어할 수 있음을 의미하며, 이는 장치가 전체 지역의 전압 프로필을 제어해야 할 경우 유용합니다. 배전 변압기의 경우 설치 시 설정되고 이후 잊혀지게 되며, 이는 아무도 피크 부하 동안 탭을 조정하기 위해 이웃을 분리하고 싶어하지 않기 때문입니다. 다음 행은 임피던스에 대해 논의합니다. 그 값은 고객의 서비스 장비에 도달하는 결함 전류가 제한되도록 선택됩니다. 이것이 500 kVA 장치의 %Z가 동일한 크기의 전력 변압기보다 일반적으로 낮은 이유이기도 합니다.
각 측면의 유형 및 하위 클래스
어느 카테고리도 단일체가 아니며, 하위 클래스는 단일 등급을 읽기 전에 장치가 무엇인지 알려줍니다. 패드 장착형 및 건식 유형 배전 변압기 구성은 산업 및 상업적 문의의 대다수를 차지하므로, 이 두 행은 제대로 아는 것이 중요합니다.
| 클래스 | 일반적인 유형 | 일반적인 사용 |
|---|---|---|
| 전력 | 발전기 승압(GSU) | 발전기 출력을 송전 전압으로 높입니다. |
| 송전 자동 변압기 | 두 송전 전압 수준을 상호 연결합니다. | |
| 변전소 인터타이 / 시스템 변압기 | 송전을 하위 송전으로 단계적으로 낮춥니다. | |
| 배전 | 기둥 장착형 (옥외) | 옥외 선이 있는 주거 지역; IEEE C57.12.20 |
| 패드 장착형 | 교외 및 상업용 지하 배전; IEEE C57.12.34 | |
| 잠수형 / 금고형 | 도시 지하, 홍수 위험이 있음 | |
| 건식형 | 실내 사용 — 병원, 데이터 센터, 고층 전기실 |
건식 유형 행도 중요합니다. 첫째로 점화할 기름이 없고, 둘째로 bunding이 필요 없어 건식 배전 변압기는 액체로 채워진 변압기가 화재 분리 규정을 준수해야 하는 실내 사용에 가장 적합한 후보입니다. 그러나 단점은 소음 수준과 건식 변압기가 동일한 면적에서 낮은 등급을 주로 의미한다는 점입니다. 따라서 일반적으로 건축 규정이 액체로 채워진 변압기보다 건식 변압기를 설치하는 것을 결정합니다.
표준 및 테스트: 클래스에 따라 변경되는 사항
클래스는 동일한 기원을 가지고 있지만, 그 내용은 서로 다릅니다. IEEE C57.12.00은 액체 변압기에 대한 기본 요구 사항을 다룹니다. IEEE C57.12.10은 전력 변압기를 위한 것이며, IEEE C57.12.20은 옥외 변압기를 위한 것이고, IEEE C57.12.34는 패드 장착형 변압기를 위한 것입니다. 국제적으로 이러한 문서의 역할은 IEC 60076에 의해 수행되며, 미국 유틸리티가 관련된 경우 ANSI/IEEE 표준이 참조됩니다.
배전 장비와 관련하여 전력 변압기 사양의 경우 매우 드물게 다루어지는 두 가지 규제 조치가 있습니다. 첫 번째는 에너지 효율 규제입니다. 미국에서 DOE 에너지 효율 규정은 배전 장비에 적용되며, 그 이유는 관련 허용 오차와 함께 테스트된 무부하 및 부하 손실을 표시해야 하기 때문입니다. 그 문구는 변압기 사양 시트를 브로셔가 아닌 계약 문서로 전환하며, 보장된 손실 수치는 공장 테스트에서 측정되는 기준입니다. 또 다른 이점은 배전 장치의 생산이 대량으로 이루어져 모든 용도에 대해 동일한 준수를 받게 되어 다양한 현장 검증을 거칠 필요가 없다는 점입니다. 이는 테스트 인증서를 받는 것이 마케팅 브로셔를 받는 것보다 훨씬 더 중요하다는 사실로 이어집니다.
구매하는 유형에 관계없이, 비율 및 위상 관계 매개변수, 단락 임피던스(임피던스 측정), 무부하 손실, 부하 손실 및 절연 저항 값에 따라 정기 테스트 목록을 요청해야 합니다. 제품군에 대해 발행된 유형 테스트 보고서가 아닌, 일련 번호에 해당하는 실제 정기 테스트 인증서를 요청하십시오.
경계가 실제로 모호해지는 곳
생산 지원에 관여하는 사람들에게 500 kVA 라인이 혼란스러운 세 가지 요점이 있습니다.
첫째, 대규모 배급. 유틸리티는 어떤 배급 피더에서든 1,000, 1,500 또는 2,500 kVA 패드 장착 변압기를 주문합니다. IEEE 141 정의에 따르면, 이러한 장치는 전력 변압기로 분류되지만, 그 기능적 설치 용량 및 설계 의도는 이들이 배급 변압기 범주에 속해야 함을 시사합니다. 일반적으로 말하자면, 미국의 관행은 분류보다 기능성에 더 중점을 두고 있다고 할 수 있습니다.
둘째, 발전 시설의 승압 변압기. 예를 들어, 태양광 시설에서 480V에서 13.8 kV로 전압을 승압하는 1,500 kVA 변압기는 전력 변압기 또는 배급 변압기일 수 있습니다. 이는 고객이 요구하는 장치의 운영 기능에 대한 사양에 따라 달라집니다. 여기에는 냉각 등급, 탭 체인저의 존재, 임피던스 수준 등이 포함됩니다.
셋째, 벡터 그룹 및 상호 연결. 변압기를 병렬로 연결할 때, 벡터 그룹 호환성 클래스에 관계없이 지배적인 제약 조건이 되므로, 서로 다른 클래스의 유사한 정격을 가진 두 장치는 전기적으로 호환되지 않을 수 있으며, 서로 다른 시대의 두 장치는 병렬로 잘 작동할 수 있습니다. 벡터 그룹을 잘못 설정하면 순환 전류가 이를 찾아내므로, 이는 클래스 질문이 아닌 구성 질문입니다.
실제로 어떤 것이 필요합니까?
부하의 요구 사항부터 시작하십시오. 2차 전압이 장비에서 사용하는 전압과 일치하면 배급 변압기를 사용해야 하며, 이는 부하 프로필에 따라 kVA를 기반으로 한 간단한 계산을 통해 선택 과정이 이루어질 것임을 의미합니다. 여기서 피크 부하, 부하의 미래 성장 및 냉각 시스템 및 장착 솔루션을 선택할 수 있습니다. 변압기의 양쪽에서 전압이 현재 전압이라면, 변압기는 전력 변압기로 간주됩니다. 이는 장치의 주요 목적이 부하에 따라 기능을 수행하기보다는 시스템을 연결하는 것이기 때문입니다. 이는 사양 프로세스가 고장 수준 및 임피던스에 따라 달라짐을 의미합니다.
변압기를 구매할 때 일반적으로 발생하는 두 가지 주요 실수가 있습니다: 첫 번째는 피크 부하를 처리할 수 없는 과소 설계된 변압기를 구매하는 것이고, 두 번째는 실제로는 부하를 충족할 수 있는 배급 변압기를 구매할 수 있을 때 전력 변압기 사양으로 장치를 구매하는 것입니다.
구매 결정을 내리기 전에 철저한 연구를 수행함으로써 문제를 피할 수 있습니다.
Subian은 배전 변압기, 계기 변압기 및 중성 접지 시스템과 같은 배전 장비 분야에서 다양한 제품을 생산합니다. 회사는 재고에 전력 변압기가 없으며, 필요할 경우 프로젝트에 대해 고객에게 이를 알릴 것입니다. 부하 프로파일을 생성해야 할 경우, 우리는 필요한 시험 결과와 함께 이 요구 사항을 충족할 것입니다.
자주 묻는 질문
변압기의 네 가지 주요 유형은 무엇입니까?
변압기는 작동 원리에 따라 네 가지 잘 알려진 범주로 분류됩니다. 분류는 구매자에게 더 유용하게 작용하며, 변압기를 전력 변압기, 배전 변압기, 계기 변압기(전류 및 전압) 및 건식 변압기로 나눕니다. 대부분의 경우 산업 프로젝트는 전력 변압기가 아닌 마지막 세 가지 변압기 유형을 사용합니다.
배전 변압기의 목적은 무엇입니까?
이 단계는 전기가 최종 사용자에게 도달하기 전에 전압을 마지막으로 감소시키는 단계로, 배급자에서 사용 전압인 480/277 V, 208/120 V 또는 400/230 V로 중간 전압을 낮춥니다. 여기에서 부하와 직접 연결되므로, 매일 몇 퍼센트에서 전체 정격까지 변동하는 부하 곡선의 어느 지점에서도 효율적으로 설계되어 있습니다.
변압기와 전원 공급 장치의 차이는 무엇입니까?
변압기는 전자기 유도만을 이용하여 교류(AC) 전압을 변경하며, 변압기는 조정된 출력이나 정류된 전기를 제공하지 않기 때문에 다른 기능은 수행하지 않습니다. 전원 공급 장치는 변압기 또는 스위칭 단계를 사용하여 정류, 필터링 및 조정 과정을 담당하는 구성 요소와 함께 작동하므로, 전자 장치가 일정한 입력 신호를 받을 수 있도록 필요한 품질의 전기를 생성할 수 있습니다.
배전 변압기의 다양한 유형은 무엇입니까?
옥외 유닛은 전주에 장착되도록 설계되었고, 패드 장착형은 지하 배급에 사용되며, 금고형 또는 잠수형은 해당 용도로 사용될 수 있고, 건식형은 실내에서 사용할 수 있습니다. 또 다른 측면은 이러한 모든 범주가 단상 및 삼상 유형을 가지고 있다는 것입니다. 선호되는 장착 유형은 종종 지역, 장치에 대한 사양 및 요구 사항, 그리고 지역 유틸리티의 관행에 따라 결정됩니다.
배전 변압기를 전력 변압기로 사용할 수 있습니까?
안전하게 후진하면서는 사용할 수 없습니다. 배전 유닛은 전송 설치의 전압, 단락 전류 및 지속적인 부하 적용을 위해 설계되지 않았습니다. 설계의 실패는 여기에서 사용될 경우 비상 사태로 이어질 수 있으며, 다른 요소의 임피던스 및 보호 설정이 유효하지 않게 됩니다.
전력 변압기는 항상 OLTC를 가지고 있습니까?
일반적으로, 그러나 항상 그런 것은 아닙니다. 부하 탭 변경은 전력 변압기가 전체 네트워크의 전압 상태를 자주 조절하기 때문에 널리 퍼져 있습니다. 일부 인터타이 및 발전기 승압 장치는 회로 외부 탭 변경기 또는 추가 조정과 결합된 고정 비율을 사용하여 OEM 사양이 유일한 확실한 참조 소스가 됩니다.
참고 문헌
- IEEE — C57.12.00 액체 침지형 배전, 전력 및 조정 변압기에 대한 일반 요구 사항
- IEEE — C57.12.20 가공형 배전 변압기
- IEEE — C57.12.34 패드 장착형 구획형 배전 변압기
- IEEE — IEEE 141 산업 플랜트를 위한 전력 배전 권장 실무
- IEC — IEC 60076 Power Transformers series
- US Department of Energy — Distribution transformer energy conservation standards
- UL Solutions — Transformer listing and certification reference
결론
The simplified interpretation indicates that a:Transmission transformer connects systems at transmission voltages and is tailored for continuous use at full capacity;Distribution transformer completes the final reduction of voltage before distribution and is designed for varied usage;While size provides a decent guide at a level of 500kVA, it is actually voltage category and duty cycles that prove to be the best references in practice.
In most cases, however, the real work of users takes place on the distribution side where the issues behind matching the transformer to load profile, cooling and mounting set-up as well as checking losses against the set efficiency requirements is performed. If you deal with a project of 1,000-2,500 kVA that oversteps the line between the two categories, make sure you get the specification written according to a function rather than type, and demand a routine testing certificate prior to releasing the equipment from the factory.