서호주에서 광산 작업을 수행하는 동안 전기 엔지니어는 원격 파쇄 공장에 적절한 전력 공급을 제공하는 문제에 직면했습니다. 현장 장비는 크러셔 모터에 전원을 공급하기 위해 415 V 삼상 전력, 조명 및 편의 시설을 위한 240 V 단상 전력, 그리고 접지 결함 보호 시스템을 위한 신뢰할 수 있는 중성점을 필요로 했습니다. 총 세 개의 변압기 – 강하형, 보조형, 접지형 – 가 전기 성능 측면에서 해결책을 제시할 수 있었지만, 작업의 원격 지역, 스키드의 공간 제한, 그리고 별도의 변압기의 높은 운송 및 설치 비용으로 인해 세 개의 변압기 솔루션을 사용할 수 없었습니다. 설정된 해결책은 전압 변환 및 보조 전원 공급 기능을 통합할 수 있는 결합 설계의 변압기를 사용하는 것이었습니다. 결합 설계의 변압기는 단일 배송으로 현장에 도착했으며, 설치에 하루가 소요되었고, 6년 동안 완벽하게 작동했습니다. 필요한 유형의 결합 변압기를 선택하는 문제는 별도로 수행해야 할 기능을 수행할 수 있는 다기능 변압기를 찾는 것이며, 시장에서 이용 가능한 결합 변압기의 유형과 그 응용을 이해하는 것보다 선택 시 고려해야 할 사항입니다.
결합 변압기는 두 개 이상의 전기 기능을 동시에 수행하는 하나의 변압기로, 그렇지 않으면 두 개의 변압기가 필요합니다. 가장 일반적으로 사용되는 결합 변압기의 유형에는 와이-델타 접지 변압기, 이중 권선 변압기, 삼중 권선 변압기, 패드 장착 변압기가 포함됩니다. .
결합 변압기를 사용하는 장점은 장비의 공간을 줄여 설치를 단순화하고 상호 연결 수를 줄이며 변압기 수에 비해 비용을 낮출 수 있다는 것입니다. 결합 변압기의 단점은 하나의 변압기가 고장 나면 모든 기능이 작동하지 않게 되며, 결합 변압기에서 수정 및 확장을 하는 것이 별도의 장치보다 더 복잡하다는 사실입니다. 성공적인 사양의 핵심은 변압기의 모든 기능이 정확하게 명시되어야 하며, 요구 사항에 부합하는 특정 구성이 선택되어야 하며, 제조업체에 의해 수행된 유형 테스트가 포함되어야 한다는 것입니다.
결합 변압기가 무엇인지 — 그리고 왜 사양이 지정되는지
조합 변압기는 전압 재생, 접지, 보조 전원 공급, 회로 보호 및 계측 등 두 가지 이상의 전기 기능을 하나의 장치에 결합한 변압기입니다. 이는 표준 사양 세트가 있는 제품 카테고리로 취급되지 않습니다. 이는 세 개의 변압기를 설치하는 것을 피하는 설계 접근 방식으로, 각 변압기는 자체 장비, 코어, 부싱, 보호 장치 및 배선이 있습니다. 대신 엔지니어는 모든 비전압 변환 기능이 잘 적합한 하나의 변압기를 가질 수 있습니다. 산업 및 유틸리티 응용 분야에서 사용되는 조합 변압기의 가장 간단하고 인기 있는 구성은 추가 보조 회로가 있는 와이-델타 접지 변압기입니다. 이 변압기의 와이 연결된 1차 권선은 접지 유형에 따라 회로를 접지하기 위한 중성점을 가지고 있습니다. 델타 연결된 2차 권선은 조명 용도와 전기 그리드 기능 제어를 보장하는 기타 수단을 위해 3상 보조 전원이 스테이션 서비스 부하에 공급되도록 합니다. 조합 변압기는 이제 접지 변압기와 보조 전원 변압기로 작동하여 두 개의 추가 변압기를 사용할 필요를 없앱니다. 엔지니어에게 이러한 유형의 사용은 변전소, 펌핑 또는 압축 플랜트 또는 원격 장치의 면적 감소를 보장하는 이점이 있습니다. 이 모든 것은 기초 사용과 필요한 관의 수를 줄이고, 안전 장치의 수를 최소화하며, 총 장비 비용이 두 개의 변압기를 별도로 구매하는 옵션에 비해 20%–30%까지 크게 증가하지 않도록 보호 계획을 쉽게 만듭니다.
이중 권선 변압기 외에 다른 조합 변압기 구성은 1차 전압이 변경될 경우 사용할 수 있는 통합 OLTC가 있는 변압기로, 긴 전력선에 대한 좋은 솔루션이 되어 전압을 자동으로 조절합니다. 1차와 두 개의 2차 권선이 서로 다른 전압 수준을 가지는 3권선 변압기는 서로 영향을 주지 않고 변압기를 통해 두 개의 독립적인 부하 세트를 공급합니다. 통합 스위치기어와 계측기가 있는 패드 장착 변압기는 주거 지역의 표준 지하 배전소를 구축하는 데 사용됩니다. 이러한 및 기타 응용 분야에 사용할 수 있는 변압기 유형 및 구성의 전체 범위에 대한 개요는 제품 카탈로그를 참조하십시오. 수비안 전기, 여기에는 조합 변압기, 접지 변압기, 배전 변압기 및 특수 전력 변압기가 포함됩니다.
조합 변압기에 대한 전압, kVA 및 접지 요구 사항을 지정하는 방법
조합 변압기를 지정하는 것은 변압기가 수행해야 하는 모든 전기 기능을 정의하고, 각 기능에 대한 전압, kVA 등급, 임피던스, 접지 방법, 온도 상승 및 적용 가능한 표준과 같은 특정 값을 제조업체에 제공해야 합니다. 사양에 포함되어야 하는 주요 매개변수는 가장 일반적인 조합 변압기 구성인 보조 전원 2차가 있는 와이-델타 접지 변압기에 대해 아래 표에 요약되어 있습니다. 올바르게 하려면 구매자가 변압기가 수행해야 하는 모든 전기 기능을 정의하고 제조업체에 각 기능에 대한 특정 값 — 전압, kVA 등급, 임피던스, 접지 방법, 온도 상승 및 적용 가능한 표준 — 을 제공해야 합니다. 사양에 포함되어야 하는 주요 매개변수는 가장 일반적인 결합 변압기 구성에 대해 아래 표에 요약되어 있습니다: 보조 전력 2차가 있는 와이-델타 접지 변압기.
| 매개변수 | 정의하는 것 | 사양하는 방법 |
|---|---|---|
| 기본 시스템 전압 | 변압기의 1차 권선이 연결될 시스템의 선간 전압. 이는 변압기의 전압 등급, BIL 등급 및 1차 권선과 부싱의 절연 수준을 결정합니다. | 명목 시스템 전압과 최대 시스템 전압을 명시하십시오. 4,160볼트 시스템의 경우 “4,160 V 명목, 4,800 V 최대”라고 명시하십시오. BIL은 시스템의 예상 낙뢰 및 스위칭 서지 환경에 따라 지정해야 합니다 — 일반적으로 4,160볼트 시스템의 경우 60 kV BIL, 13,800볼트 시스템의 경우 95 kV BIL입니다. |
| 접지 kVA 및 중성 전류 | 접지(와이) 권선의 열 용량. 이는 보조 전력 kVA와 동일하지 않습니다. 접지 kVA 등급은 변압기가 얼마나 많은 접지 고장 전류를 수용할 수 있는지와 그 지속 시간을 결정합니다. | 연속 중성 전류(정상적인 불균형 조건에서 중성이 지속적으로 수용할 수 있는 전류 — 일반적으로 시스템 전체 부하 전류의 5–10% 정도)와 단시간 중성 전류(접지 고장 동안 중성이 수용할 수 있는 전류 — 일반적으로 10초, 30초 또는 1분)를 명시하십시오. 예: “연속 중성 전류: 10 A. 단시간 중성 전류: 200 A, 10초 동안.” |
| 보조 전력 kVA 및 전압 | 델타 2차 권선이 스테이션 서비스 부하에 공급할 전력. 이는 표준 3상, 3선 출력입니다. | kVA 등급과 2차 전압을 명시하십시오. 예: “보조 전력: 150 kVA, 480 V, 3상, 3선.” kVA 등급은 스테이션 서비스 부하에 대한 부하 계산을 통해 결정되어야 하며, 향후 성장을 위한 여유를 두어야 합니다. |
| 임피던스 | 변압기의 임피던스는 부하 하의 전압 강하와 접지 고장 전류의 크기를 결정합니다. 낮은 임피던스는 더 높은 접지 고장 전류와 더 나은 전압 조절을 가져오지만 하류 장비에 대한 더 높은 고장 전류 의무를 초래합니다. | 접지 kVA 기준으로 임피던스를 백분율로 명시하십시오. 저항 접지 시스템의 경우 임피던스는 일반적으로 4–6%입니다. 임피던스는 접지 저항기 및 보호 계전기 계획과 조정되어야 합니다. 시스템에 여러 소스 또는 병렬 변압기가 포함된 경우 전기 엔지니어와 상담하십시오. |
| 접지 방법 | 와이 권선의 중성점이 접지에 어떻게 연결될 것인지. 접지 방법은 지락 전류의 크기와 사용될 보호 계전기의 유형을 결정합니다. | 접지 방법과 접지 저항기 또는 리액터 값을 명시하십시오. 예: “저항 접지, 20옴 접지 저항기, 4,160V에서 지락 전류를 200A로 제한.” 접지 저항기는 별도의 장치이지만, 결합 변압기는 이를 함께 작동하도록 설계되어야 합니다. |
| 적용 가능한 표준 | 변압기가 설계되고 테스트되어야 하는 표준. 이는 테스트 절차, 수용 기준 및 제조업체가 제공해야 하는 문서를 결정합니다. | 건식 변압기에 대해 IEEE C57.12.01, 오일 변압기에 대해 IEEE C57.12.00 또는 국제 응용 프로그램에 대해 IEC 60076을 명시하십시오. 변압기가 특정 국가에 설치될 경우, 해당되는 국가 표준을 명시하십시오 — 예를 들어, 캐나다의 CSA C9, 호주의 AS 60076. |
결합 변압기를 위한 80% 규칙 및 기타 부하 고려 사항
변압기에 대한 80% 규칙은 변압기가 KVA 정격의 80%를 초과하여 지속적으로 작동해서는 안 된다고 명시하며, 이는 일반 변압기와 마찬가지로 결합 변압기에도 적용되지만, 변압기의 각 개별 기능에 대해 별도로 적용해야 합니다. 접지 권선은 고장이 발생할 경우 견딜 수 있는 지속적 및 단기 지락 전류를 위해 설계되어야 하며, 80% 규칙은 지속적인 부하에 적용되는 방식과 동일하게 접지 권선에 적용되지 않습니다. 이 권선은 비정상적인 조건에서만 작동하며, 단기 용량이 지속 정격보다 더 중요합니다. 보조 권선은 제공하는 부하의 125%로 정격되어야 하며, 80% 규칙은 변압기가 보조 KVA 정격의 80%를 초과하여 작동해서는 안 된다는 것을 의미합니다. 따라서 120 KVA 부하에 대해 150 KVA 보조 권선으로 작동하는 변압기는 허용되지만, 150 KVA 부하에 대해 150 KVA 보조 권선으로 사용하면 과소 설계되어 뜨거워지고, 절연이 더 빨리 노화되며, 작동 수명이 줄어듭니다. IEEE C57.96 표준은 변압기 부하와 절연 수명 및 온도와의 관계에 대한 정보를 제공하며, 설계 단계에서 이러한 요구 사항을 따르는 구매자는 실제 부하에 맞게 설계된 변압기를 얻게 됩니다.
효율성, 손실 및 총 소유 비용
A 변압기가 수행해야 하는 모든 전기 기능을 정의하고, 각 기능에 대한 전압, kVA 등급, 임피던스, 접지 방법, 온도 상승 및 적용 가능한 표준과 같은 특정 값을 제조업체에 제공해야 합니다. 사양에 포함되어야 하는 주요 매개변수는 가장 일반적인 조합 변압기 구성인 보조 전원 2차가 있는 와이-델타 접지 변압기에 대해 아래 표에 요약되어 있습니다. 변압기는 무부하 손실(변압기가 전원이 공급될 때 발생하는 코어 손실)과 부하 손실(전류의 제곱에 따라 달라지는 권선 손실)을 모두 가지고 있습니다. 보조 전력 권선의 부하 손실은 스테이션 서비스 부하가 작동할 때 주요 손실 요소이며, 접지 권선의 손실은 정상 작동 중에는 무시할 수 있을 정도로 작습니다. 결합 변압기에 대한 입찰을 비교하는 구매자는 연간 에너지 손실을 현재 가치의 자본 비용으로 변환하는 손실 자본화 공식을 사용하여 손실을 평가해야 하며, 구매 가격만이 아니라 총 평가 비용(구매 가격 + 손실의 자본화된 가치)을 비교해야 합니다. 공식은 다음과 같습니다: 총 평가 비용 = 구매 가격 + (A × 무부하 손실(와트)) + (B × 부하 손실(와트)), 여기서 A와 B는 와트당 달러로 표시된 손실 자본화 계수입니다. A 계수는 24시간 동안 지속적으로 소비되는 에너지의 비용을 반영하며, 일반적으로 산업 및 유틸리티 응용 분야에서 $5에서 $10 와트당입니다. B 계수는 부하 하에서 소비되는 에너지의 비용을 반영하며, 일반적으로 $1에서 $3 와트당입니다. 미국 에너지부 다양한 유형의 시설에 대한 표준 손실 자본화 계수를 발표하며, 구매자는 이러한 값을 사용하거나 자신의 전기 요금에서 특정 값을 사용하여 총 비용 기준으로 입찰을 비교할 수 있습니다. 구매 가격이 더 높고 손실이 더 낮은 결합 변압기는 종종 구매 가격이 더 낮고 손실이 더 높은 변압기보다 총 평가 비용이 낮을 수 있으며, 이 차이는 25년에서 35년의 서비스 수명 동안 상당할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
변압기에 대한 80% 규칙은 무엇입니까?
80% 규칙에 따르면, 변압기는 명판에 표시된 정격 kVA의 80%를 초과하여 지속적으로 부하를 걸어서는 안 됩니다. 따라서 이는 절연체가 너무 빠르게 노화되는 것을 방지하기 위한 열 여유를 제공하며, 더 큰 변압기를 설치할 필요 없이 부하 증가를 용이하게 하고, 변압기의 보호 장치가 작동하지 않고 단기 과부하를 수용할 수 있는 가능성을 제공합니다. 이 규칙은 IEEE C57.96 로딩 가이드에서 유도되었으며 변압기 크기 조정에 대한 산업 표준으로 사용됩니다.
어떤 변압기가 필요한지 어떻게 알 수 있나요?
변압기를 선택하기 위해서는 변압기가 충족해야 할 모든 요구 사항을 기록하고 최종적으로 연결된 총 kVA를 도출해야 합니다. 그 후, 변압기의 위치—실외 또는 실내—에 따라 선택하고, 민법의 요구 사항에 따라 변압기가 건식 또는 유입식이어야 하는지 여부를 결정해야 합니다. 이후 선택할 변압기의 정격은 (표준 정격) 상한 정격으로 하여 실제 부하를 고려하여 변압기의 지속적인 작업에 관한 80% 규칙을 초과하지 않도록 해야 합니다. 주파수도 고려해야 합니다.
올바른 전류 변압기를 선택하는 방법은 무엇인가요?
올바른 전류 변압기(CT)를 선택하려면, 기본 전류(CT가 측정해야 하는 최대 부하 전류), 보조 전류(CT는 일반적으로 계측 및 보호를 위해 5 A 또는 1A의 보조 전류를 가집니다), 정확도 등급(정격 전류 및 부하에서 CT의 오차를 정의), 부하(CT에 연결된 릴레이, 계측기 및 전선의 임피던스), 그리고 CT의 물리적 크기 및 설치 유형을 결정해야 합니다. 또한, CT는 전기 시스템의 전압 및 사용 가능한 단락 전류에 대해 정격이 있어야 합니다. 이는 결합 전력 변압기와는 다른 개별 장치라는 점을 언급하는 것이 중요합니다.
어떤 크기의 변압기가 필요한지 어떻게 결정하나요?
필요한 변압기의 크기를 계산하기 위해서는 연결된 모든 부하의 kVA를 파악하고, NEC 또는 지역 규정에 따라 각 부하 유형과 관련된 수요 계수를 적용하며, 명판 정격의 125%로 모든 지속 부하를 합산하고, 계산된 값에서 가장 가까운 상위 표준 kVA를 선택해야 합니다. 이 계산을 정확하게 수행하는 데 필요한 정보는 부하 연구 보고서, NEC 제#220의 사본, 제조업체의 kVA 정격 차트입니다.
참고 문헌
- IEEE C57.12.01 — 건식 배전 및 전력 변압기에 대한 일반 요구 사항 표준. 건식 변압기 설계, 테스트 및 성능에 대한 기본 IEEE 표준으로, 결합 기능 변압기에 대한 요구 사항을 포함합니다.
- IEEE C57.96 — 건식 배전 및 전력 변압기 로딩 가이드. 부하, 온도 및 절연 수명 간의 관계를 정의하고 80% 로딩 규칙의 출처인 IEEE 가이드입니다.
- 미국 에너지부 — 변압기 평가를 위한 손실 자본화 계수. 변압기 입찰을 총 소유 비용 기준으로 평가하기 위해 표준 손실 자본화 계수를 발표하는 규제 기관입니다.
- NFPA 70 (NEC) — 제220조 (부하 계산) 및 제450조 (변압기). 미국에서 부하 계산 및 변압기 설치를 위한 국가 전기 규정 요구 사항입니다.
이 경우, 복합 변압기를 선택하는 데 복잡성이 발생하며, 변압기가 충족해야 하는 모든 역할을 식별해야 합니다. 여기에는 전압 변환, 접지, 보조 전원 공급 및 전압 조정이 포함되며, 제조업체가 이 모든 역할을 동시에 달성할 수 있도록 각 역할의 사양을 매우 세부적으로 결정해야 합니다. 적절하게 정의된 복합 변압기를 사용하면 단일 기능 변압기 세트에 비해 전기 시스템의 설치 비용과 유지 관리 비용을 줄일 수 있습니다. 그러나 사양 프로세스에 실패하면 접지 kVA, 보조 전압 및 임피던스가 언급되지 않으며, 제조업체는 기본 제품을 사용하게 되어 귀하의 요구 사항을 충족하지 못하게 됩니다. Subian Electric은 글로벌 시장을 위한 복합 변압기를 생산합니다. 이 변압기의 kVA, 전압, 접지 및 필요한 테스트 문서는 전문 구매자에게 매력적인 제안이 됩니다.