Power Transformer (파워 트랜스포머)
Power Transformer
파워 트랜스포머는 하나의 회로에서 다른 회로로 전력을 전달하는 전기적 장치로 전자기 유도의 원리(electromagnetic induction)를 사용하며 주파수의 변화 없이 사용 가능하다. 다시 말하면 파워 트랜스포머는 전기적 회로에서 발전기와 주요 분배 시스템 사이의 전기적 에너지 전달의 기능을 담당하고 있으며 배전 시스템 (distribution system)에서는 step up 과 step down voltage 기능을 담당한다.
대부분의 파워 트랜스포머의 수명은 약 30년으로 추정되며 전달하려는 전력의 양의 따라 Small power transformer, medium power transformer, 그리고 large power transformer로 구분될 수 있다.
● Small Power Transformer: 500~7500KVA
● Medium Power Transformer: 약 100MVA
● Large Power Transformer: 100MVA 이상
앞에 열거된 파워 트랜스포머는 보통 전압의 변화를 통해 전력을 전달하게 되는데, 만약 한쪽 사이드에서 Low voltage, high current를 보유하고 있다면 다른 쪽 사이드에서는 같은 전력의 양을 가지고 있기 위해 High Voltage, low current의 형태를 보유하게 된다. 이 원리는 페러데이의 전자기 유도 법칙을 기반으로 이루어진다.
Power Transformer Design (파워 트랜스포머의 구성)
파워 트랜스포머의 골격은 얇게 라미네이트 되어있는 합금으로 디자인되어있으며 core 또는 shell 타입으로 구성된다. 그리고 이 트랜스포머의 골격은 전도체에 의해서 둘러싸여 있으며 둘러싸여 있는 방식에 따라 single phase 또는 three phase로 나뉘게 된다.
Three 1-phase 트랜스포머는 한 쪽의 경사면(bank)에 문제가 발생할 때 지속적인 작동을 유지하기 위해 각각의 경사면(bank)이 분리되어있어야 한다. 반면에 single 3phase transformer(core, shell 타입 모두 포함)는 안쪽의 경사면에 문제가 발생하면 동작을 멈추게 된다. 3 phase transformer는 설치비용과 공간이 적게 들고 상대적으로 높은 효율성을 가진다.
트랜스포머의 골격은 탱크 안에 있는 연소 지연 오일에 집중되어 있다. 그리고 오일탱크 상단부에 위치한 conservatory는 증가된 오일이 다시 감소되게끔 하는 역할을 한다. 그리고 탱크 옆면에 charger of the load taps은 high voltage-low current 권선의 수를 변화시켜 향상된 전압 컨트롤을 가능하게 한다.
탱크 부분의 Bushing은 전도체들이 바깥쪽 부분의 자극을 일으키지 않고 탱크로 출입을 용이하게 만든다. 그리고 파워 트랜스포머는 섭씨 65도 이하로 존재하는 동안은 파워 트랜스포머의 자체 전력 등급보다 조금 높은 등급에서도 동작이 가능하다. 또한 파워 트랜스포머는 쿨링팬과 함께 설치되는데 이 쿨링팬의 역할은 트랜스포머의 코어 부분의 온도를 계기 온도 (indicated temperature) 밑으로 감소시키기 위함이다.
Transformer Specification (트랜스포머 사항)
파워 트랜스포머는 single phase 또는 three phase의 형태로 제작 될 수 있으며 파워 트랜스포머가 설치될 때는 많은 고려 사항들이 수반된다. 파워 트랜스포머의 사양에는 다음의 항목들이 포함된다.
-최대 전력 등급 (Maximum Power Rating)
-최대 이차 전류 등급(Maximum Secondary Current Rating)
-최대 전압 등급(Maximum Voltage Rating)
-추입력 타임 (I/O type)
예시)
*3 Phase (삼상)
*주파수 (Frequency): 50Hz 또는 60Hz
*주요 전압 (Primary Voltage): 22.9 kV
*이차전압(Secondary Voltage): 6.6/3.3kV
*탭 전압 (Tap Voltage): 23.9-R22.9-21.9-20.9-19.9kV
*Vector Dd0, Dyn11, etc.
Power Transformer Applications(파워 트랜스포머의 응용)
파워 트랜스포머는 높은 전력 레벨에서 전압을 변화시킬 수 있는 기능이 있기 때문에 현재 많은 전력 시스템에서 사용 된다. 이러한 응용은 송전 및 배전을 포함하며 이미 많은 산업 스케일의 파워플랜트에서 응용된다.
초기에 언급한 바와 같이 파워 트랜스포머는 고전압의 송전 네트워크에서 step-up 또는 step-down 전압을 위해 사용되며 이러한 파워 트랜스포머의 대게의 목적은 공전의 과부하(heavy load)에 있어서 중점을 둔다.
배전 트랜스포머와 비교하였을 때 대게의 파워 트랜스포머는 규모가 매우 큰 편이다. 그리고 파워 트랜스포머는 배전 트랜스포머 (전력 생산 변전소, 송전 변전소 모두 사용) 와 다르게 송전 변전소에서만 사용되기 때문에 소비자와 직접적인 연결이 없으므로 트랜스포머 부하(load)의 변동이 적은 편이다.
또한 파워 트랜스포머는 송전에 있어서 step-up 장치로 사용되기 때문에 (I^2)*R 손실을 감소시킬 수 있다.
파워 트랜스포머는 주로 코어 파트의 사용을 위해 디자인되어 있으며 대게 B-H curve의 변곡점(knee point) 근방에서 작동하게 된다. 이러한 성질은 코어의 양을 상당 부분 줄일 수 있게 된다. 그리고 기본적으로 파워 트랜스포머는 높은 부하에서 그에 상응하는 copper loss 와 iron loss를 가진다.
출처:https://www.elprocus.com/power-transformer-design-with-specifications/