변압기 냉각방식의 종류

변압기 냉각방식의 종류

1. 건식자냉식(AN, AA)
일반적으로 소용량 변압기(10MVA) 미만에 사용한다.

2. 건식풍냉식(AF, AFA)
권선하부에 풍도를 만들고 송풍기로 바람을 보내어 냉각한다. 500kVA 이상에 채용한다.

3. 건식밀폐자냉식(ANAN,GA)
권선과 철심을 밀봉한 함속에 넣고 공기 또는 가스를 봉입한다. 내부 송풍기에 의해 가스를 순환시켜 냉각한다. GIT에 채용하는 경우도 있다.

4. 유입자냉식(ONAN, OA)과 유입풍냉식(ONAF, FA)
유지보수가 간단하고 제일 많이 사용된다. 권선과 철심의 발열량은 전도에 의해 절연유에 전달되고, 절연유의 열이 외함과 방열기에 전해진다. 외함과 방열기의 표면에서 방사와 공기의 대류에 의하여 냉각된다. 외함과 방열기에서 냉각된 절연유는 하강하여 다시 내부를 냉각하고 상승 순환하게 된다.

변압기의 발열손실은 거의 내부의 중량, 즉 치수의 3승에 비례하여 증가하며, 방열은 외함표면적의 제곱에 비례 한다. 따라서 대형기에서는 냉각을 위해 방열면적을 증가 시키기 위하여 다양한 형태의 방열기를 부착하게 된다. 현재 사용되고 있는 방열기의 형태는 판넬형, 플랫튜브형이 주로 사용되고 있다.
이러한 형태의 방열기는 유량이 적고 큰 방열효과가 얻어지며, 또 방열기의 하부나 측면에 송풍기를 부착하여 중부하나 과부하시 유입풍냉식으로 전환 할 수 있다.
유입자냉식에서 유입풍냉식으로 전환시 변압기 용량은약 1/3이 증가한다. 154kV 변압기명판에 정격용량이 OA/FA 30/40, 또는 45/60으로 표시된 것이 이를 뜻한다.
유입풍냉식으로 운전시 송풍기를 2개의 군으로 나누어 변압기 권선의 온도상승에 따라 단계적으로 운전하는 것이 일반적이다.

5. 유입수냉식(ONWF, OW)
외함 내부의 상부에 냉각용 수관을 만들고, 수관속으로 물을 통과시켜 더워진 절연유를 냉각하는 방식이다.

6. 송유풍냉식(OFAF, ODAF, FOA)
유입자냉식에 절연유를 강제로 순환시키기 위한 유순환 펌프를 본체와 방열기 사이에 부착하고 송풍기를 방열기에 달아 냉각성능을 향상시킨 방식이며, 단위냉각기(unit cooler)라고 부르는 냉각기를 소요 수량만큼 부착하여 사용하는 경우도 있다.
단위냉각기의 구조는 가는 지느러미 형태의 방열기에 송풍기와 유순환펌프를 부착한 형태이다.
중부하 또는 과부하시 유입자냉식에서 송유풍냉식으로 전환하면 변압기 용량은 1/3～2/3까지 증가한다.

345kV 변압기 명판에 정격용량이 OA/FOA1/FO A2, 100/133.33/166.67로 표시된 것이 이를 뜻한다.
ODAF는 냉각된 절연유를 권선 사이로 직접 순환시켜 권선을 냉각하는 방식이다.
송유풍냉식을 옥내에 사용할 경우 통풍에 주의하여야 하며, 송풍기와 유순환펌프를 2개의 군으로 나누어 변압기 권선의 온도상승에 따라 단계적으로 운전한다.

7. 송유수냉식(OFWF, FOW)
변압기가 옥내 또는 지하에 설치될 경우 냉각을 위한 통풍에 제한을 받으므로, 이러한 경우에 송유수냉식을 적용한다. 송유수냉식의 냉각기(열교환기)는 유니트형으로 제작한 형태가 널리 사용된다. 냉각기의 내부는 여러 개의 수관으로 구성되며 뜨거운 절연유가 유순환펌프에 의하여 냉각수관 사이를 흘러 냉각된다. 냉각수는 별도의 순환펌 프에 의해 쿨링타워로 보내져 냉각되어 순환되고, 냉각수를 보존하기 위한 별도의 냉․온수조가 설치되기도 한다.

송유수냉식의 경우 일반적으로 유순환펌프가 달린 냉각 기가 2∼3대가 부착되어 변압기를 운전하게 되는 데, 한대의 변압기에 3대의 냉각기가 부착될 경우에는 변압기 가압과 동시에 1대의 냉각기는 운전되고, 권선의 온도상 승에 따라 다른 하나의 냉각기가 운전되며, 나머지 1대의 냉각기는 예비로 남아 운전중인 냉각기의 고장시 대체되어 운전하게 된다.

송유수냉식에서는 내부관의 파열로 인한 물이나 유의 누출에 대비한 감시장치가 별도로 공급되며, 내부관은 대부분 이중관의 형식으로 제작된다.

8. 냉매냉각방식
수냉식의 경우에는 부속설비의 잦은 고장으로 개선이 필요하고, 펌프실 및 물탱크실 등 별도의 공간이 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 냉매냉각 방식을 적용하 였다. 냉매냉각방식은 변압기 발생열과 중력차에 의해 가스냉매가 자연순환 되면서 냉각되는 방식이다. 변압기 폐열을 이용하여 냉매를 끊이는 열교환기에서 기체상태로 변화시키고, 기체상태의 냉매는 배관을 타고 실외에 설치된 응축기로 유입된다.

응축기에서 응축열을 외부로 버리고 액체상태로 냉매로 상태를 변화한다. 응축된 액체상태 냉매는 중력에 의해 자연적으로 열교환기로 유입되어 냉각사이클의 한 주기를 마치게 된다.
냉매냉각은 자연순환식으로 모터가 필요없고 설비가 간단 하고, 저소음으로 환경 친화적이다. 또한 기존 오존층 파괴 물질인 프레온 대신 HCFC-k141b를 냉매로 사용하여 환경적 문제를 해소하였다. 그리고 라디에이터 및 풍도설치 공간이 필요없기 때문에 공간활용 측면 제고에 유리하다.

9. 냉각탑(Cooling Tower)
송유수냉식에서 열교환기에 흐르는 내부 냉각수가 변압 기의 상승된 유온을 냉각하여 온도가 상승되면, 더워진 내부 냉각수를 대기와 외부 냉각수로 다시 냉각하게 된다.
이 내부 냉각수를 냉각하는 장치를 냉각탑이라 하며, 개방 형․밀폐형 두 종류가 있다.
개방형은 열교환기 내부 냉각수를 대기 중에 분산 비하 시켜 냉각하기 때문에 냉각수의 오염과 손실이 커지는 단점이 있고, 밀폐형은 내부 냉각수를 송풍기와 외부 냉각수로 냉각하기 때문에 내부 냉각수의 손실과 오염이 적다.

10. 온도상승 (Temperature rising)
변압기의 철심과 권선에서 발생하는 손실은 열로 변화되어 철심과 권선의 온도를 상승시킨다. 온도가 높아지면 높아질수록 변압기의 절연물은 단기간 내에 열화하여, 결국은 조그마한 쇼크에도 절연파괴가 일어나게 된다. 따라서 변압기를 장기간 안전하게 운전하기 위해서는 적당한 냉각방식을 구비하여 발생된 열을 방산시켜 각부의 온도를 정해진 한도 이하로 유지하도록 하여야 한다.
변압기 내부에서 발생된 열은 최종적으로 외부 냉매 즉공기와 물에 전달된다. 변압기 각부의 온도와 변압기를 냉각하는 공기 또는 물 온도와의 차를 온도상승이라 하며, 단위로는 도(degree)로 표시한다.
변압기의 수명은 온도에 의하여 정해지므로 각부의 온도상승과 냉각문제는 변압기의 운전에 있어 매우 중요하며 온도상승을 적정한 범위 내에서 제한할 수 있으므로 변압기의 대용량화가 가능했다고 할 수 있다.