저자들은 자신의 주장을 의심합니다. 그들의 건식 변압기에 대한 견해는 정당화될 수 없습니다. 이러한 유형의 변압기는 액체를 포함하지 않기 때문에 변압기는 주변 공기에 의해 지지되는 권선과 코어로 구성됩니다. 건식 변압기의 경우 사용되는 절연 재료는 고체로, 에폭시, 수지 침투 재료 또는 진공 압력 침투 권선입니다. 오일 침지 변압기에는 액체가 존재하므로 건식 변압기에 대한 설계 요구 사항은 오일 침지 변압기에는 적용될 수 없습니다. 결과적으로, 이 논문의 주요 주장은 기사에서 사용된 프로세스가 적용되는 장비 유형에 적합하지 않다는 것입니다.
결론적으로, 결과는 불리합니다. 따라서 오일 기반 냉각 시스템이 포함되면 건식 변압기는 액체로 채워진 변압기로 변환됩니다. 냉각은 자연(즉, 대기) 또는 기계적(즉, 강제) 공기에 의해 수행됩니다. IEC 60076-11에 따르면, 다양한 유형의 열 절연이 있으며(클래스 A (105 °C), 클래스 E (120 °C), 클래스 B (130 °C), 클래스 F (155 °C), 클래스 H (180 °C), 클래스 N (200 °C), 클래스 C (220 °C)) 그 한계는 클래스의 환경적 특성에 따라 다릅니다.
주장과 그 주장이 잘못된 이유
“건조”라는 단어는 마케팅 문구와는 아무런 관련이 없으며, 냉각 및 절연 요소가 액체가 아닌 변압기에 관한 것입니다. IEC는 건조 변압기에 관련된 IEC 60076 -11을 발행하였으며, 2500 kVA의 전력과 36 kV의 전압에서 작동할 수 있는 장치에 대해 명시하고 있습니다. 여기서 사용된 “건조”라는 용어는 액체가 없음을 의미합니다.
이 문제에서의 혼란은 두 종류의 변압기가 외관, 변전소 내 위치 및 동일한 제조업체를 공유하는 측면에서 동일하게 관찰될 수 있기 때문에 발생합니다. 두 종류의 변압기는 금속으로 만들어진 코어와 구리 코일을 통해 전기 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 변환할 수 있습니다. 두 가지를 구별하는 것은 전력 변압기는 오일을 사용하는 반면, 건조 변압기는 절연 및 냉각 수단으로 공기만을 사용한다는 사실입니다.
두 가족은 일반적으로 이 신화가 잘못된 기준에 따라 비교됩니다, 건식 변압기와 오일 침지 변압기가 실제로 다르게 나타나는 부분은 냉각 매체, 화재 하중, 설치 면적, 유지 관리 체계 및 장치가 설치될 수 있는 위치에 따라 달라지며 — 어떤 것이 오일을 포함하고 있는지에 따라 달라지지 않습니다.
건식 변압기를 실제로 냉각하는 것
공기는 동일한 용량 등급을 가진 오일이 채워진 변압기와 비교할 때 최대 온도 상승 측면에서 건식 변압기를 열등하게 만드는 주된 원인입니다.
- 열 성능. 공기의 열 전도율은 약 0.026 W/m·K로 추정됩니다. 반면, 변압기 오일의 열 전도율은 약 0.12 W/m·K로, 이는 오일이 공기보다 4배 또는 5배 더 우수한 열 성능을 가지고 있음을 의미합니다. 이 단일 수치는 종의 그룹 간의 차이를 밝힙니다.
- 냉각 방법. 공기 자연 냉각(AN)은 대류를 통해서만 냉각을 수행하는 반면, 공기 강제 냉각(AF)은 단기 냉각 성능을 증가시키는 팬 설치를 필요로 합니다. 또 다른 대안인 하이브리드 타입은 ANAF로 알려져 있으며, 이는 정상 부하에서 공기 자연 냉각을 수행하고 전체 부하에서 팬을 사용하여 냉각을 수행하는 것을 의미합니다. 팬 세트의 설치는 이러한 유형을 더 시끄럽게 만들고 유지보수를 증가시키므로, 누군가가 그가 주장하는 장점 때문에 AF만을 목표로 한다고 말할 때 강조해야 합니다.
- 간격 및 공기 순환. 대부분의 제조업체는 공기 자연 냉각을 위해 벽에서 최소 300mm의 간격을 확보하거나 공기 강제 냉각을 사용할 때 최소 간격을 약 150mm로 줄일 것을 권장합니다. 위의 수치는 장비 설치 계획 시 고려해야 하며, 제조업체의 권장 사항은 명확한 제한을 형성합니다.
- 청결은 냉각 효과에 매우 중요합니다. 권선 및 냉각 통로에 먼지가 존재하면 효과 손실이 15-30%에 이를 수 있습니다. 그렇기 때문에 건식 변압기 주기적 유지보수 프로그램은 정기적인 청소를 포함하는 반면, 오일이 채워진 변압기는 권장 사항이나 요구 사항을 제공하지 않습니다.
- 고도 및 환경 매개변수는 냉각 기능에 부정적인 영향을 미칩니다.
냉각 방법은 데이터 시트의 명명 규칙이 되며, 습식 변압기 유닛은 동일한 문자를 다르게 사용합니다 — 변압기 유형 간의 냉각 기술 비교, 오일 강제 변압기 변형을 포함하여, 이 개요에서 설정됩니다. 변압기 냉각 방법, 이는 사양이 ONAN, ONAF 또는 OFAF를 인용할 때 공급자가 어떤 약속을 하는지 알아야 할 때 유용한 참조입니다.
절연 클래스 및 온도 상승 한계
여기서 건식 변압기의 정격이 중요해지므로 정확성이 중요합니다. 열을 방출하는 데 도움이 되는 오일이 없으므로, 고체 절연 시스템은 설계된 온도를 견뎌야 합니다; IEC 60076-11은 절연 클래스와 주변 온도와 관련된 최대 허용 온도 상승을 설명합니다.
- 클래스 A (105 °C) — 60 K 권선 온도 상승. 구형 장비.
- 클래스 E (120 °C) — 75 K. 오늘날에는 그리 흔하지 않습니다.
- 클래스 B (130 °C) — 80 K. 일반 응용 분야에서 자주 사용됩니다.
- 클래스 F (155 °C) — 100 K. 일반적으로 배전 응용 분야에 사용됩니다.
- 클래스 H (180 °C) — 125 K. 더 높은 부하의 더 까다로운 작동 조건에서 사용됩니다.
- 클래스 N (200 °C) — 135 K. 이 클래스는 특별한 응용 분야에서 사용됩니다.
- Class C (220 °C) — 150 K. 북미에서 드라이 타입 VPI 설치에 널리 사용되며, 150 K 온도에서 정격 부하 시 핫 스팟 온도가 210 °C를 초과합니다.
비교하자면, IEC 60076-2 및 ANSI 표준을 준수하는 오일 침지 변압기는 최대 온도 상승이 65 K이고 상위 오일의 평균 상승이 55 K를 넘지 않는 경우, 주변 수준보다 78 °C 높은 핫 스팟 온도를 유지합니다. 오일은 변압기를 냉각하기 위해 존재하는 것이 아니라, 열 제거 과정에서 충분한 효율을 달성하고 리딩 턴과 후속 권선 사이에 유전체 절연을 제공하기 위해 존재합니다.
이는 열 노화의 맥락에서 비즈니스에 중요합니다. 아레니우스 방정식에 따르면, 절연 수명은 유지되는 온도가 10 °C 상승할 때마다 절반으로 줄어듭니다. 따라서 핫 스팟을 20 °C 초과하는 드라이 타입 변압기는 서비스 수명의 일부만 잃는 것이 아니라 대부분을 잃게 되며, 고장은 실패 후에 절연 실패로 나타나고 사전 경고 없이 발생합니다. 이것이 바로 권선 구조와 절연 시스템이 드라이 타입 변압기가 실제로 견딜 수 있는 것을 결정하는 이유이며, 그 뒤에 있는 구성 요소 수준의 세부 사항은 드라이 타입 변압기 내부에 무엇이 있는지와 각 부품이 중요한 이유.
세 가지 구조, 세 가지 다른 제품
“드라이 타입”이 독립적인 구분이 아니라 더 포괄적인 개념이기 때문에, 세 가지 주요 변형이 서로 충분히 다르게 작용하여 서로 교환할 수 없음을 알 수 있습니다.
- 주입 수지. 기본적으로 우리는 진공 상태에서 권선을 수지로 캡슐화하여 단단한 절연체를 형성하며, 좋은 기계적 특성과 물, 먼지 및 화학적 공격에 대한 뛰어난 저항성을 가집니다. 부분 방전은 여기서 큰 문제가 되며, 고장은 일반적으로 기포로 인해 고체에서 시작되기 때문에, IEC 60076-11 조직이 부분 방전 테스트를 의무화하는 이유입니다. 이는 실내 배전망에서 일반적입니다.
- 수지 캡슐화 및 VPI 방법. 이 기술에서는 주입 방법을 사용하여 권선을 만드는 대신, 먼저 고압 진공 챔버에서 수지로 침투시켜 클래스 H 또는 클래스 C의 강력한 절연 시스템을 얻습니다. 이 방법은 특히 미국에서 리트로핏 작업에서 꽤 일반적이 되었습니다.
- 개방형 또는 환기형. 여기서 권선은 덮개에 둘러싸여 있으며, 공기 흐름과 일반적으로 더 높은 절연 클래스를 의존합니다. 이 방법은 일반적으로 그렇게 비싸지 않으며 보호 수준은 IP20 또는 IP23에 도달합니다.
인클로저의 등급은 소유자의 선호도에 따라 달라지는 것이 아니라, 장치가 사용되는 환경의 종류에 따라 달라집니다: 예를 들어, 개방된 권선이 특별히 지정된 방에 배치되는 경우 IP00 등급이 사용되며, 닫힌 방에 설치되는 경우 IP20 등급이 사용됩니다. 이 분야의 대표적인 제품은 SCB 시리즈 주조 수지 건식 배전 변압기 6–10 kV 시스템용, 여기서 에폭시로 캡슐화된 권선, 지정된 절연 클래스 및 저손실 코어는 kVA 수치만으로 결정되는 것이 아니라 적합성을 결정하는 매개변수입니다.
건식 변압기가 사용되는 곳과 신화가 지속되는 이유
건식 변압기가 사용되는 이유는 안전성입니다. 액체가 없다는 것은 기름 누출이 없고, 방수 containment가 없으며, 기름 containment 구덩이가 없고, 건물 내부에서 화재가 발생할 수 있는 수백 리터의 액체가 없으며, 주기적인 기름 테스트가 필요하지 않다는 것을 의미합니다. 이것이 그들을 실내, 작업 공간 근처, 터널, 해양 플랫폼 및 데이터 센터 내부에서 사용할 수 있게 합니다.
적용 사례는 다음과 같습니다:
- 데이터 센터 및 IT 시설, 중전압실, UPS 격리기 및 PDU 강하가 있는 곳으로, 기름 누출 사고에서 회복할 가능성이 없는 곳입니다.
- 병원, 공항, 쇼핑몰, 고층 건물 등 화재 전략에 대한 제한으로 인해 사람 근처에서 기름이 채워진 변압기를 사용할 수 없는 곳입니다.
- 재생 에너지 산업에서 nacelle, 타워 또는 인버터 승압 응용 프로그램은 비싼 유지보수 접근과 제한된 인클로저 볼륨으로 정당화될 수 있습니다.
- 산업 플랜트 및 유틸리티에서 기름 누출로 인한 결과가 위험할 수 있으며 안전 조치가 필요합니다.
- 도시 및 지하 변전소에서 면적과 화재 위험이 중요한 문제이며, 건식 변압기는 기름형 변압기가 특별히 장비된 화재 보호실이 필요한 곳에서 사용할 수 있습니다.
이 분야의 실제 프로젝트는 일반적으로 동일한 논리에 따라 지정되며, 제공된 설치는 데이터 시트보다 더 나은 감각을 제공합니다 — 예를 들어, 파키스탄의 이중 전원 공급 프로젝트를 위해 공급된 건식 변압기 패턴을 보여줍니다: 이중 전원 공급, 실내 설치, 기름 containment 없음, 변압기 자체의 위험이 아닌 변압기 주위에 구축된 보호 계획입니다.
이 신화는 세 가지 출처에서 비롯됩니다.
- 동의어 제품. 거의 모든 제조업체는 두 가지 유형을 모두 판매하며, 오일 냉각 제품은 사용 비용이 더 저렴하다는 이유로 카탈로그에서 첫 번째 자리를 차지하는 경우가 많습니다. 따라서 카탈로그를 통해 희망하는 사람은 그 안에 오일이라는 용어를 보고, 함께 소개된 모든 제품이 오일 냉각 제품이라고 가정할 수 있습니다.
- 진정한 용어 혼란. ONAN 및 ONAF와 같은 단어는 냉각 유형을 설명하며, 동일한 문자가 건조형 변압기에서 다른 의미로 존재합니다. 예를 들어, “AN”은 건조형 변압기의 경우 자연 공기를 의미합니다.
- 혼란은 기능적이며 외관적이지 않습니다. 오일 냉각 변압기는 실제로 과열 방지 측면에서 더 나은 성능을 발휘하므로 “오일이 과열을 방지한다”는 문구는 다른 변압기 계열에 적용될 경우 사실입니다. 여기서의 실수는 이 진술이 잘못된 유형의 변압기에 귀속된다는 사실입니다.
구매 전에 확인할 사항
다섯 가지 요소가 크게 기여하며, 모든 요소는 판매 대화 중에 자세히 논의되기보다는 데이터 시트에서 찾아야 합니다.
- 절연 분류 및 온도 상승. Class F는 100 K, Class H는 125 K 결과를 가지며, 동일한 kVA를 가지는 두 가지 다른 제품입니다. 클래스와 온도 상승 수준의 존재를 확인하고, 주변 온도 조건을 확인하십시오.
- 냉각 조건 및 팬의 존재. AN, AF 또는 ANAF가 포함되며, 점유된 지역 근처에 위치한 장치의 소음 수준도 포함됩니다.
- 인클로저 IP 분류 및 현장 시설에서의 지속적인 정격에 미치는 영향.
- 손실 및 효율 등급. 무부하 손실 및 부하 손실은 운영 기간 동안의 운영 비용을 형성합니다. 이들은 특정 국가의 규정의 적용을 받으며, 예를 들어 GB/T 10228-2023은 중국의 효율 등급 정의를 제공하며, ErP Tier 2 규정은 유럽 시장에서 제품 품질을 관리합니다.
- 인증 요구 사항. IEC 60076-11은 국제적으로 인정받는 표준이며, UL 1562는 북미에서 사용되는 건조형 일반 목적 및 전력 변압기에 대한 표준입니다.
가격에 대한 중요한 한 가지: 드라이 타입 변압기는 일반적으로 같은 유형의 오일 변압기보다 더 비쌉니다. 그 이유는 이 장치들이 더 나은 성능을 제공하기 때문이 아니라 오일을 사용하지 않기 때문입니다. 일반적으로 전체 설치 기간 동안은 훨씬 저렴하지만 초기 단계에서는 더 비쌉니다.
자주 묻는 질문
드라이 타입 변압기는 오일로 채워져 있습니까?
아니요. 드라이 타입 변압기에는 냉각 또는 절연을 위한 액체 매체가 없습니다. 대신 드라이 타입 변압기는 AN 타입 변압기와 같은 자연 냉각 또는 AF 타입 변압기와 같은 인공 냉각을 통해 공기에 의존합니다. 또한 주조 에폭시 수지 절연 또는 수지 침투 권선을 사용하는 고체 절연 재료를 사용합니다. IEC 60076-11 표준은 2500 kVA의 전력 등급과 36 kV의 전압 등급을 가진 드라이 타입 변압기에 적용됩니다.
드라이 타입 변압기가 오일 침지 변압기보다 온도 상승 한계가 낮은 이유는 무엇입니까?
공기는 오일에 비해 열 전도체로서 훨씬 열악한 것으로 알려져 있습니다. 공기의 열 전도율은 0.026 W/m·K인 반면, 절연 오일은 약 0.12 W/m·K입니다. 드라이 변압기는 코일에서 과도한 열을 빠르게 제거할 수 없습니다. 절연이 30년 사용 기간 동안 충분히 유지되기 위해서는 코일의 온도가 너무 급격히 상승하지 않아야 합니다—A 클래스 절연의 경우 60 K, C 클래스 절연의 경우 150 K로 IEC 60076-11에 명시되어 있습니다. 오일 변압기의 경우 코일의 온도가 65 K로 증가하는 동안 오일의 온도는 55 K 상승하는 것으로 관찰되었습니다.
드라이 타입 변압기는 오일 없이 어떻게 스스로 냉각합니까?
전력 전송은 세 가지 형태로 발생합니다. 코일에서 고체 절연체로의 전도, 케이싱에서 주변 공기로의 대류, 케이싱에서의 복사를 통해 전송이 이루어질 수 있습니다. 자연 대류(AN)는 이 과정이 벽에서 약 300 mm 또는 강제 냉각이 사용될 때 150 mm의 충분한 공간이 있는 거의 모든 응용 분야에 충분합니다. 동일한 기본 장치 크기를 유지하면서 증가된 용량 요구 사항을 충족하기 위해 팬이 설치되거나(AF) 필요할 때만 작동하도록 설치됩니다(ANAF). 관리 측면에서 코일과 냉각 채널의 먼지 덮개는 시스템의 효율성을 15-30% 감소시킬 수 있습니다.
드라이 타입 변압기와 오일 침지 변압기 중 어느 것이 더 좋습니까?
일반적으로 어떤 변압기 유형이 선호되지 않으며, 대신 서로 다른 응용 프로그램을 위해 제작됩니다. 화재 안전, 실내 설치, 사람과의 근접성, 생태 안전 및 어려운 유지 관리가 데이터 센터, 병원, 고층 건물, 터널, 해양 및 도시 변전소에서의 사용을 방해하는 경우, 건식 변압기를 사용해야 합니다. 저렴한 kVA당 비용, 고온 작동, 경계 구역의 야외 설치 또는 오일 유지 관리의 용이성이 필요한 경우, 오일 충전 변압기를 선택해야 하며, 이는 일반적으로 대규모 야외 배전 및 전송에 필요합니다. 변압기 유형은 상호 배타적이지 않으며, 실제로 한 사이트에서 들어오는 변전소에는 오일 변압기를, 배전소에는 건식 변압기를 사용하는 것이 일반적입니다.
참고 문헌
- 국제 전기 기술 위원회 — IEC 60076-11, 건식 전력 변압기
- UL 표준 및 참여 — UL 1562, 변압기, 배급, 건식 타입
- NFPA 70, 국가 전기 규정 — 제450조, 변압기 및 변압기 금고
- 슈나이더 일렉트릭 — 건식 변압기 응용 및 선택 문서
- 지멘스 — 변압기 기술 및 냉각 방법 참조 자료
결론
건식 변압기는 오일을 절연체로 사용하지 않고 작동하기 때문에 전통적인 변압기와 다른 구조 원리를 가지고 있습니다. 건식 변압기가 일부 열 저항을 잃고 연소 유체를 절연 재료로 사용하지 않음에도 불구하고, 이러한 변압기는 데이터 센터, 병원, 터널 및 지하실과 같은 장소에 설치할 수 있으며, 유출 관리, 화재 진압 서비스 또는 오일 모니터링이 필요하지 않습니다. 건식 변압기에 대한 이해의 문제는 오일 충전 변압기와 건식 변압기 모두 유사한 작동 원리를 가지고 있고, 두 변압기 모두 동일한 용어를 사용하기 때문입니다. 이 유형의 변압기에 대한 지침은 절연 시스템, 온도 상승 및 다양한 냉각 방법에 대한 충분한 정보를 제공합니다.