유틸리티 회사의 프로젝트 책임 엔지니어가 전체 지역의 33 kV 배전 버스를 조절할 수 있는 132/33 kV 전압의 40 MVA 용량의 주 변압기에 대한 사양을 수립하고 있습니다. 변압기의 설계 과정은 거의 완료되었지만, 회의에서 제기된 한 가지 문제는 온로드 탭 체인저에 관한 것으로, 이에 대한 많은 질문이 있었습니다. 다양한 제조업체의 기술적 관점에서 평가가 준비되었지만, 그들의 비용은 30%만큼 차이가 날 수 있으며, 유지보수 간격은 3배 차이가 나고, 다양한 설계 간의 서비스 메트릭은 데이터 시트에서 사용할 수 없습니다. 엔지니어는 온로드 탭 체인저의 활용이 변압기의 30년 운영 비용에 중요하다는 것을 이해하고 있습니다.
이 기사의 목표는 주 변압기의 온로드 탭 체인저 선택에 대한 정보를 제공하는 것으로, 여기에는 탭 범위, 단계 크기, 전류 및 단계 전압 정격, 저항형과 진공형의 차이, 비용 및 공급업체에 전송해야 할 사양이 포함됩니다.
답변: 온로드 탭 체인저 장치는 변압기가 부하 상태일 때 권선의 탭을 조정하여 전압을 공급 중단 없이 조절하는 데 사용됩니다. 10 MVA – 60 MVA 유닛의 경우, 가능한 설정 범위는 각각 약 ± 8 × 1.25% 또는 ± 6 × 2.5%입니다. OLTC 장치는 변압기의 최대 연속 정격과 동일한 통과 전류로 정격되며, 단계 전압은 권선의 전압과 같습니다.
온로드 탭 체인저란 무엇인가?
온로드 탭 체인저(OLTC)는 전력이 사용 중일 때 조정 코일의 탭 연결을 변경하는 전력 변압기에서 발견되는 모터 제어 장치입니다. 이는 탭을 증가시키거나 감소시켜 변환 비율과 출력 전위차를 변경함으로써 이루어지며, 이는 OLTC가 변화하는 부하 및 소스 조건에서 지속적인 전압 조절 과정에서 중요한 역할을 한다는 것을 나타냅니다.
전류가 흐르는 동안 지속적으로 모든 작업을 수행하는 장치인 OLTC는 정밀 기기이며, 이는 스위칭이 특정 조건에서 이루어져야 함을 의미하며, OLTC가 마모되기 전에 스위칭 과정이 수천 번 발생해야 합니다.
주 변압기가 왜 하나 필요할까?
변압기는 송전 시스템과 배전 시스템 사이에 설치됩니다. 변압기의 양쪽은 수요 변화에 따라 하루 종일 부하 변동을 경험할 수 있으며, 그리드 구성에 따라 송전 전압도 변할 수 있습니다. 예를 들어, 해당 변압기의 용량이 40 MVA일 때, 임피던스 강하만 해도 6-12% 사이일 수 있습니다. 따라서 전부하 또는 무부하의 경우, 규정은 변압기 자체의 전압 강하에 몇 퍼센트 영향을 미칠 수 있습니다. 게다가, 33 kV 버스가 정상 전압보다 5-8% 낮아질 위험이 있으며, 이는 지역 규정에 따라 허용되지 않습니다.
요구되는 전압 변동을 허용 가능한 범위 내에서 유지하기 위해, OLTC는 일반적으로 자동 전압 조정기(AVR)와 결합됩니다.
OLTC가 중단 없이 전환하는 방법
OLTC는 두 단계로 설계되었습니다. 선택기는 이미 활성 탭을 통해 연결된 권선으로 새로운 탭 포인트를 기계적으로 찾습니다. 따라서 선택기 작동은 전류 값이 0인 상태에서 발생하는 것으로 간주됩니다. 그 후, 원주 탭에서 새로운 탭으로 전류를 이동시키는 다이버터 스위치의 시간이 옵니다. 전환 임피던스는 선택기와 다이버터 스위치 사이에 배치되어 전류 흐름이 중단되지 않도록 합니다.
저항 다이버터의 설계는 전류가 그 사이에 배치된 하나 또는 두 개의 전환 저항을 통해 이동하도록 작동합니다. 저항 값은 과정 중 전류 흐름이 최소값으로 제한되도록 선택됩니다.
저항형 OLTC vs. 진공형 OLTC vs. 리액터형 OLTC
| 특성 | 저항형 OLTC | 진공형 OLTC | 리액터형 OLTC (구형) |
|---|---|---|---|
| 아크 소멸 | 오일에서, 전환 저항과 함께 | 진공 차단기에서 | 전환 리액터와 함께 |
| 오일 오염률 | 높음; 스위칭 시 오일이 탄화됨 | 매우 낮음; 오일이 깨끗함 | 낮음-중간 |
| 유지보수 간격 | ~100,000 회작동 | ~300,000 회작동 | 다양함; 대부분 구형 |
| 초기 비용 | $3,000-$18,000 | $5,000-$30,000 | 드물게; 공급업체가 적음 |
| 가장 적합한 | 배전 및 중전력, 예산을 고려한 프로젝트 | 전력 변압기, 빈번한 작동, 무인 사이트 | 역사적 설계 |
새로운 주 변압기에 관해서는 일반적으로 저항형 또는 진공형 중에서 선택할 수 있습니다. 저항형은 오랫동안 사용되어 왔으며 초기 비용이 가장 낮습니다. 그러나 진공형은 유지보수 간격이 길고 오일 교체 요구 사항이 적기 때문에 초기 비용이 더 높습니다. 이는 오일 교체가 현장 방문과 다운타임을 필요로 하는 무인 변전소의 경우 중요한 고려 사항이 될 수 있습니다.
탭 범위 및 단계 크기 선택
탭 범위는 전압 제어의 계산입니다. 이 과정은 여러 단계로 구성됩니다.
- 실제 전압 변동을 측정합니다. 전부하 상태에서 1차 측의 전압과 버스의 전압을 측정합니다; 실제 그리드에서 경량 및 전부하 조건 간에 ±3-8% 변동할 수 있습니다.
- 변압기 임피던스의 감소를 추가합니다. 최대 용량에서 10-40 MVA의 전력을 가진 변압기의 조정은 4-8%에 도달하며, 탭은 소스의 변화와 내부 감소를 모두 고려해야 합니다.
- 단계의 크기를 결정합니다. 일반적으로 1.25% 단계는 적절한 조정이 있는 대형 변압기에 사용되며, 소형 변압기는 2.5% 단계로 작동합니다.
- 범위를 설정합니다. ±8×1.25% 탭 범위는 16단계에서 ±10%를 제공하며, ±6×2.5% 탭 범위는 12단계를 사용하여 ±15%를 생성합니다. 10MVA에서 60MVA 사이의 대부분의 변압기에 대해 첫 번째 범위가 표준으로 선택됩니다.
- 릴레이의 도움으로 한 단계에서 버스 전압을 제공하는 AVR에 대해 생각해 보십시오. 시간 지연을 통해 헌팅을 피할 수 있으며, 단계 수는 언급된 요구 사항을 충족해야 합니다.
결론적으로, 잘못된 추정은 결과를 초래할 수 있습니다: 범위가 좁으면 변압기가 최악의 조건에서 전압을 유지할 수 없으며, 범위가 너무 넓으면 OLTC 또는 그 조정 권선에 대한 추가 비용이 필요함을 의미합니다.
전류 및 단계 전압 정격 이해하기
| 등급 | 의미 | 10-60 MVA에 대한 일반적인 값 |
|---|---|---|
| 정격 통과 전류 | OLTC가 운반하는 최대 지속 전류 | 300-1,250 A (변압기 정격에 따라) |
| Rated step voltage | Voltage between adjacent taps | 500-3,000 V per step |
| Rated switching capacity | Product of current × step voltage the diverter can handle | Up to ~1,000 kVA per switching step |
| Operating cycles | Design life in operations | 100,000-300,000+ |
| 표준 | Design and type-test basis | IEC 60214-1/-2, IEEE C57.131 |
The through current has to cover the highest continuous current of the transformer plus the overload factor, if applicable, such that for a 20% overload contract the OLTC rating will also have to reflect this. In other words, the step voltage is just as important since high step voltage means much more stress on the diverter than high current with low step voltage; this is verified by the vendor during the switching capacity test.
To help you visualize the relationship, we provide you with the following sizing reference related to the transformer you are specifying.
| Transformer Rating | HV Voltage | Max Continuous Current | Typical OLTC Rating | OLTC Price Range |
|---|---|---|---|---|
| 10 MVA | 66 kV | ~88 A | 100 A, step 500-800 V | $4,000-$12,000 |
| 20 MVA | 110 kV | ~105 A | 125 A, step 800-1,200 V | $6,000-$16,000 |
| 40 MVA | 132 kV | ~175 A | 200 A, step 1,200-1,800 V | $8,000-$22,000 |
| 60 MVA | 220 kV | ~157 A | 200 A, step 1,500-2,500 V | $12,000-$30,000 |
After establishing the ratings, it is essential for the specification to delineate all the requirements using detailed language. At the very least, the RFQ must specify the following items in the clear manner:
- Tap range and steps: must be specified clearly, e.g., ±8×1.25% (17 steps) at the HV winding.
- The rated through-current: what is the maximum continuous current, including overload operation.
- Step voltage: maximum voltage between the taps.
- Type: either a resistor or a vacuum type, turret mount design (head type) or an in-tank unit.
- Motor drive: voltage (110/220 DC or AC), torque limitations, local or remote operation, and AVR interface.
- Monitoring: position display, working hours counter, oil level, and pressure monitoring of OLTC space.
- Standards and type tests: type tests as per IEC 60214-1, plus IEEE C57.131 if the project is based in the North Americas.
- Spares and services: spares and services available from the manufacturers.
There are two most important specification points that are frequently ignored. First, the overload basis, which states that the OLTC should be rated for the transformer’s overload capacity and not only for the rated continuous capacity. Second, the AVR interface and communication protocol, which shows whether the tap changer can become part of the systems of substation automation or will operate on an isolated manual basis.
OLTC by Transformer Size and Duty
- Transformers of lesser power (less than 5 MVA): Oil immersing or oil circulating transformer(OLTC) thus dies not make use of OLTC; on-circuit tapping is done supplemented by regulation at upstream regulators.
- Transformers at the substation level (5 to 60 MVA): The power range for the installation of OLTC; direct caused system based regulators are used along with standard tentative impacts on the regulated bus.
- Step up generator transformers; The OELTC option is rare; regulation being done on the generator or grid level depending on the generating capacity of the generators.
- Transformers at the industrial level (10 to 50 MVA): The OLTC option is also available at this level; however vacuum type of OLTC is chosen where changes in operation are frequent.
- Furnace transformers and rectifier transformers; there is high frequency of tapping operation thus vacuum type of OLTC desired for the operation.
Brands and Price Comparison
| 브랜드 | Origin | OLTC Products | Approx. Price Range |
|---|---|---|---|
| MR Reinhausen | 독일 | VACUTAP vacuum and OILTAP resistor series — the global reference | $6,000-$35,000 |
| ABB | 스위스/스웨덴 | Complete transformer + OLTC packages | $5,000-$30,000 |
| 지멘스 | 독일 | OLTC for large power transformers | $6,000-$32,000 |
| 히타치 에너지 | 스위스 | Power transformer tap changing | $7,000-$35,000 |
| 슈나이더 일렉트릭 | 프랑스 | Distribution-class tap changers | $3,000-$15,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power (integrated) | 중국 | Transformers with proven OLTCs coordinated to IEC 60214 | $4,000-$15,000 (as transformer option) |
as MR technology or licensed designs are being used by almost all leading transformers around the world. The VACUTAP series of vacuum tap changers is the one that set the standard for maintenance-free operation. ABB, Siemens, and Hitachi Energy offer their own or partner OLTC technology. The OLTC is usually a named item in the transformer contract and the choice depends on capabilities of the transformer manufacturer and maintenance philosophy of the project. Jiangsu Subian Electric Power is among the manufacturers that install tested OLTCs in their transformers, including the vacuum type for frequent switching. Instead of getting a product that comes with an additional OLTC attached, the buyer gets turn-key assembly covering turret, drive, and AVR as one complete system. Due to the efficient production and pricing policy of Subian, the price range of OLTC transformers is about 40-60% lower as compared to similar offerings of European manufacturers. However, regardless of the brand you choose, always indicate OLTC type in the contract and check the type test certificate.
Step-by-Step Selection Procedure
- Assess whether an OLTC is necessary. If the source and load are stable, you may only need manual taps, but in the case of a power transformer, automatic regulation is almost always required.
- Determine the tap step size and range according to the internal regulation of the transformer and the voltage fluctuations.
- Determine the current capacity based on the maximum current available during continuous operation with overloads.
- Double-check the step voltage with the tap-to-tap voltage of the regulating winding.
- Decide whether to use resistors or vacuum based on the budget, domain of application and switching frequency.
- Identify if turret or head mounting is needed and decide about the motor drive, ensuring it bears the correct voltage and controls.
- List the monitoring requirements and the requirements for the integration of the automatic voltage regulator including the position, counter, oil level, and communication protocols.
- Ensure that the certificate of the type-test and process test in accordance with IEC 60214-1 is available, and include the designation of the OLTC in the contract.
Operation, Monitoring, and Maintenance
The need for OLTC servicing is mostly influenced by the kind of OLTC and how often it switches on and off. Recommendations include:
- Track how many times the OLTC has been operated each month. An OLTC used in association with a power transformer may make 1,000-10,000 switches a year; therefore, maintenance intervals should be calculated based on the operating count, rather than based on numbers of years.
- In resistor OLTCs, diverter installation oil should be considered separately from the oil in the main tank, as it gets carbonized during the switching operation and degrades much faster; filter or replace it as per interval specified by the manufacturer (~100,000 switches).
- In vacuum OLTCs, no contamination occurs during operation; hence, intervals may be much longer (~300,000 switches); still, the mechanism and the drive should be checked at every major trip.
- The torque of the motor drive, the position of the AVR relay switch, and the position of the position indicator should be verified every year.
- Monitor temperatures and pressures of the diverter oil; a jump in temperature indicates a fault in the contacts or an abnormal switching process.
- Logging the operation counter is most cost-effective since it changes “make maintenance every five to seven years” into “make maintenance every 100,000 operations,” which means a considerable difference for a busy transformer.
Maintenance required by different designs is drastically different. The two main types of OLTC should be compared based on your expenditures.
| Maintenance Item | 저항형 OLTC | 진공형 OLTC |
|---|---|---|
| Diverter oil change interval | ~100,000 회작동 | ~300,000 회작동 |
| Oil carbonization rate | Moderate to high | 매우 낮음 |
| Contact inspection interval | At each oil change | Every 2nd-3rd oil change |
| Motor drive maintenance | Same for both (annual check) | Same for both |
| Estimated 20-year maintenance cost | $8,000-$20,000 | $4,000-$10,000 |
자주 묻는 질문
How much does an on-load tap changer cost?
What tap range should I specify for my main transformer?
What is the difference between a resistor and a vacuum on-load tap changer?
How often does an OLTC need maintenance?
Can I retrofit an on-load tap changer to an existing transformer?
Rarely and rarely economically. The regulating winding, turret mounting, tank clearances, and cooling must all suit the OLTC, and most fixed-tap transformers were never designed for one. If you need continuous regulation on an existing unit, consider a separate voltage-regulating transformer or a series voltage regulator instead. Otherwise, specify the OLTC at the design stage.
참고 문헌
- IEC 60214-1 — Tap-Changers, Performance Requirements and Test Methods — The core OLTC standard covering type tests and ratings.
- IEC 60214-2 — Tap-Changers, Application Guide — Selection guidance for ranges, steps, and ratings.
- IEEE C57.131 — Requirements for Load Tap Changers — North American OLTC standard.
- MR Reinhausen — Tap Changer Portal — The leading OLTC manufacturer’s VACUTAP/OILTAP documentation and life-cycle data.
- IEC 60076-1 — Power Transformers, General Requirements — Transformer-level context for tap changer integration and testing.
- ABB Transformers — Reference for transformer and tap changer integration.
결론
Choosing the on-load tap changer for a major transformer is a process that is based on the facts. The variation of voltage and the regulation of transformer determine the range, while transformer’s current and switching capability determine the output. As long as everything is done correctly, the OLTC will perform its functions for many years.
- Calculate the tap range using the actual voltage values and the internal regulation.
- Rate the OLTC according to the overload performance, not just the rating on the plate.
- Opt for vacuum type when frequent switching is involved and there is no man.
- Follow the performance records, log the counter and hold the certificate of the type test attached to the contract.