[발송배전기술사] 전력용 변압기의 손실!

다음은 발송배전기술사 변전공학 문제 중 전력용 변압기의 손실에 대한 설명입니다.

개요, 무부하손, 부하손 순으로 서술하겠습니다.

[문제] 전력용 변압기의 무부하손실과 부하손실에 대하여 설명하시오.

[답]

1. 개요

  · 전력용 변압기의 손실은 무부하손실(철손)과 부하손실(동손)으로 분류된다.

 

2. 무부하손(No Load Loss)

  1) 무부하손은 변압기 2차 권선을 개방하고 1차측에 정격전압을 인가 시 자속에 의하여 철심에서 생기는 손실로서

       Hysteresis Loss와 Eddy Current Loss로 구성되어 있다.

  2) 철손 = Hysteresis Loss + Eddy Current Loss

    · 유전체손 : 절연체에서 발생하는 손실

    · 여자전류 저항손 : 여자전류와 권선저항에 의한 손실

  3) Hysteresis Loss 

     (1) 철심 내 자계의 세기가 변할 때, 자속밀도도 주기적으로 변화하여

           Hysteresis Loop를 그린다.

     (2) 철심의 단위 체적에서 1[cycle]당 Hysteresis 면적에 해당하는

          자하에너지 손실을 Hysteresis Loss라 한다.

     (3) 규소강판의 Hysteresis Loss($P_{h}$)

        · $P_{h}=   \sigma _{h} \,  f\,  B_{m} ^{n}[W/kg]  \propto f \times ( \frac{V}{f}  ) ^{2}  \propto  \frac{1}{f} $ 

       ∴ 주파수에 반비례

             · $\sigma _{h}$ : 재료에 의해 결정되는 상수(Steinmetz 상수)

             · $B_{m} ^{n}[Wb/ m^{2} ]$ : 자속밀도

                · n = 1.6 : 열간압연 규소강판 사용 시, $B_{m}$은 1.2$[Wb/ m^{2} ]$ 이하

                · n = 2.0~2.5 : 방향성 규소강대 사용 시, $B_{m}$은 1.5~1.7$[Wb/ m^{2} ]$

     (4) Hysteresis Loss 저감대책

        ① $\sigma _{h}$가 적은 규소강판 사용

        ② 투자율($\mu = \frac{B}{H}$)이 클 것

        ③ 포화자속밀도가 클 것

  4) Eddy Current Loss

     (1) 규소강판의 와류(맴돌이 전류 : Eddy Current)에 의한 손실($P_{e}$)

        · $P_{e}=   \sigma _{e} ( k_{f} \, f\,  B_{m}\, t) ^{2} [W/kg] \propto f^{2}  \times ( \frac{V}{f} ) ^{2} $         ∴ 주파수와 무관

             · $\sigma _{e}$ : 실험적으로 결정하는 재료에 의해 결정되는 상수

             · $k_{f}$ : 파형률(Form Factor = $\frac{실효값}{평균값}$)

             · $f[ H_{z}  ]$ : 주파수

             · $B_{m} [Wb/ m^{2} ]$ : 자속밀도

             · $t[mm]$ : 규소강판 얇은 박판의 두께

     (2) Eddy Current Loss 저감대책

        · 변압기 철심을 전기적으로 절연된 0.3 ~ 0.35[mm]의 얇은 박판으로된 규소강판을 성층하여 제작

  5) Hysteresis Loss : Eddy Current Loss = 3 : 1 정도이다. 

 

3.부하손(Load Loss)

  1) 부하손은 부하전류와 권선의 저항에 의한 저항손, 도체 내의 와전류에 의한 와류손 및 권선 이외 부분의 누설자속에

      의한 표류부하손으로 분류된다. 

  2) 동손 = 저항손 + 와류손 + 표류부하손

  3) 동손(Copper Loss)

     · 저항손($P_{R}$)

     · $P_{R}=   I_{1} ^{2}  R_{1} +I_{2} ^{2}  R_{2}=I_{1} ^{2} ( R_{1} +  a^{2}  R_{2})=I_{2} ^{2} ( \frac{R_{1}}{ a^{2} } +R_{2})$

  4) 와류손(Eddy Current Loss)

     (1) 변압기의 권선은 누설자계 내에 있어 도체 내에 유기전압을 발생하고 와류손을 발생한다.

         · 와류손 $P_{e}=   1.57 \times 10^{8} \times   (  f\,  B) ^{2} \times   \alpha ^{3}  [W]$                 · $\alpha$ : 도체의 폭

     (2) 와류손 저감대책

         · 도체의 각 소선을 병렬로 하여 일정한 방향으로 위치를 바꿔 Transposition 시행

  5) 표류부하손(Stray Loss)

     (1) 누설자속이 외부도체(철심과 권선의 체결금구, 외함, 냉각관 등)와 쇄교하여 와류손이 발생하는데 이를 표류

           부하손이라 한다.

     (2) 특성

        ① 부하전류의 제곱에 비례

        ② 권선의 형태, 배치, 외함과의 거리 등에 관계됨

        ③ 복잡하여 명확히 계산하기 곤란

        ④ 크기는 전손실의 2~3[%] 정도로 작다.

 

 

 

오늘은 발송배전기술사 변전공학 문제로 나올 법한 전력용 변압기의 손실에 대하여 알아 보았습니다.