변압기(원리 종류별 특징)

1. 유입식 절연

• 설명:
  • 변압기 내부를 절연유로 채워 절연을 하는 방식
  • 절연유는 높은 절연 내력과 방열 효과가 뛰어나 대용량 변압기에 주로 사용
• 장점:
  • 높은 절연 내력, 우수한 방열 효과, 낮은 손실
  • 신뢰성이 높고 가격이 저렴하며, 용량과 전압의 제한이 적어 가장 많이 사용
• 단점:
  • 화재 위험, 유지보수가 어려움, 환경오염 가능성

2. 건식 절연

• 설명:
  • 절연유 대신 건식 절연물(에폭시 수지 등)을 사용하여 절연하는 방식
• 장점:
  • 화재 위험이 적고, 유지보수가 용이하며, 환경 친화적
• 단점:
  • 절연 내력이 유입식에 비해 낮고, 가격이 비쌈

3. 몰드 절연

• 설명:
  • 권선과 코어를 에폭시 수지 등으로 몰딩하여 일체화하는 방식
• 장점: 내진성, 내습성이 우수하고, 소형 경량화가 가능
• 단점: 제작 비용이 높고, 수리가 어려움

4. 가스 절연

• 설명:
  • 절연유 대신 불활성 가스(SF6 등)를 사용하여 절연하는 방식
• 장점: 높은 절연 내력, 소형 경량화, 환경 친화적
• 단점: 가스 누출 위험, 고가

각 절연 방식의 비교

변압기 효율과 부하율의 관계

변압기 효율이란 투입된 전력에 대한 유효 출력 전력의 비율을 의미합니다. 즉, 변압기가 얼마나 효율적으로 전력을 변환하는지를 나타내는 지표입니다.

• 부하율이 낮을 때:
  • 변압기의 동손은 부하 전류의 제곱에 비례
  • 부하율이 낮으면 동손에 비해 철손이 상대적으로 커져 효율이 낮아짐
• 부하율이 높을 때:
  • 동손이 증가하여 효율이 감소
  • 철손은 일정하므로 부하율이 낮을 때보다는 효율이 높다
• 최고 효율점:
  • 변압기의 동손과 철손이 같아지는 지점

• 부하율
  • 변압기 용량 대비 실제 사용하는 용량의 비율을 의미합니다.
  • 변압기는 부하율이 높을수록 효율이 높아지는 경향
  • 변압기 손실은 크게 철손(무부하손)과 동손(부하손)
  • 철손은 부하와 관계없이 일정하지만, 동손은 부하 전류의 제곱에 비례하기 때문입니다.
  • 따라서 부하가 증가하면 상대적으로 동손이 차지하는 비중이 커져 전체 효율이 높아집니다.

하지만, 부하율이 너무 높으면 과부하로 인해 변압기 수명이 단축되거나 고장 발생의 위험이 증가하므로, 적정 부하율을 유지하는 것이 중요합니다. 일반적으로 변압기는 80% 부하율에서 최대 효율을 나타내는 경우가 많습니다.

유입변압기와 몰드변압기의 특성 비교

유입변압기

절연유를 절연 매체로 사용하는 전통적인 변압기입니다. 방열 성능이 우수하고 소음이 적지만, 크기가 크고 무거우며, 화재 위험이 있습니다.

• 절연: 절연유를 사용하여 권선과 철심을 절연하고 냉각시킵니다.
• 특징:
  • 대용량 변압기에 적합합니다.
  • 냉각 성능이 우수하여 과부하 내량이 높습니다.
  • 절연유 관리가 필요하며, 누유 가능성이 있습니다.
  • 소음이 적고 진동이 적습니다.
• 장점:
  • 대용량, 고전압 변압기에 적합
  • 과부하 내량이 높음
  • 긴 수명
• 단점:
  • 절연유 관리 필요
  • 누유 가능성
  • 설치 공간이 넓음
  • 화재 위험 (절연유 인화성)

몰드변압기

에폭시 수지를 절연 매체로 사용하는 변압기입니다. 크기가 작고 가볍고, 습기나 먼지에 강하며, 화재 위험이 적지만, 방열 성능이 상대적으로 낮고 소음이 클 수 있습니다.

• 절연: 에폭시 수지 등의 몰딩 재료로 권선과 철심을 고정하고 절연시킵니다.
• 특징:
  • 소형 경량이며, 설치가 용이합니다.
  • 내열성, 내습성이 우수합니다.
  • 소음이 크고, 진동이 발생할 수 있습니다.
• 장점:
  • 소형 경량
  • 내열성, 내습성 우수
  • 설치 공간 절약
• 단점:
  • 과부하 내량이 상대적으로 낮음
  • 수리 및 보수가 어려움
  • 고온 환경에서 성능 저하 가능성

변압기 선정 시 고려 사항

• 1.설치 환경:
  • 주변 온도, 습도, 진동 등 설치 환경을 고려하여 변압기를 선택해야 합니다.
• 4.부하 용량:
  • 예상되는 부하 용량에 맞는 적절한 용량의 변압기를 선택해야 합니다.
• 5.전압:
  • 1차측 및 2차측 전압을 정확히 확인하고, 변압기의 정격 전압과 일치하는 제품을 선택해야 합니다.
• 7.주파수:
  • 사용하는 전원의 주파수에 맞는 변압기를 선택해야 합니다.
• 9.운전 조건:
  • 변압기의 운전 조건(부하 변동, 과부하 등)을 고려하여 여유 용량을 확보해야 합니다.
• 13.냉각 방식(온도상승):
  • 설치 환경에 따라 공냉식, 유냉식 등 적절한 냉각 방식을 선택해야 합니다.
• 효율: 에너지 효율이 높은 변압기를 선택하면 운전 비용을 절감할 수 있습니다.
• 안전: 안전 규정에 맞는 변압기를 선택하고, 안전하게 설치해야 합니다.

• 가격: 예산 범위 내에서 최적의 성능을 가진 변압기를 선택해야 합니다.
• 수명: 변압기의 수명을 고려하여 내구성이 높은 변압기를 선택해야 합니다.
• 안전성: 화재, 폭발 등의 위험을 최소화하기 위해 안전성이 높은 변압기를 선택해야 합니다.