전력 변압기 란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

이전 기사 중 일부에서 변압기의 기본 사항과 다양한 유형에 대해 논의했습니다. 중요하고 일반적으로 사용되는 변압기 중 하나는 전력 변압기 입니다. 그것은 전력 발전소와 배전소 (또는 변전소)에서 전압을 높이거나 낮추는 데 매우 널리 사용됩니다.

예를 들어, 위에 표시된 블록 다이어그램을 고려하십시오. 여기서 전력 변압기는 발전소에서 멀리 떨어진 소비자에게 전력을 공급하면서 두 번 사용됩니다.

풍력 발전기에서 발생하는 전압을 높이기 위해 발전소에서 처음입니다.
두 번째는 배전소 (또는 변전소)에서 전송 라인의 끝에서 수신되는 전압을 강압하는 것입니다.

전송 라인의 전력 손실

전력 시스템에 전력 변압기를 사용하는 데는 여러 가지 이유가 있습니다. 그러나 전력 변압기를 사용하는 가장 중요하고 간단한 이유 중 하나는 전력 전송 중 전력 손실을 줄이는 것입니다.

이제 전력 변압기를 사용하여 전력 손실을 크게 줄이는 방법을 살펴 보겠습니다.

첫째, 전력 손실 방정식 P = I * I * R.

여기서 I = 도체를 통과하는 전류 및 R = 도체의 저항.

따라서 전력 손실은 도체 또는 전송 라인을 통해 흐르는 전류의 제곱에 정비례합니다. 따라서 도체를 통과하는 전류의 크기를 낮추면 전력 손실이 줄어 듭니다.

이 이론을 활용하는 방법은 다음과 같습니다.

초기 전압 = 100V, 부하 소모 = 5A 및 전달 된 전력 = 500 와트라고 가정합니다. 그런 다음 여기에서 전송 라인은 소스에서 부하로 크기 5A의 전류를 전달해야합니다. 그러나 초기 단계에서 전압을 1000V로 올리면 전송 라인은 0.5A 만 전달하면 500W의 동일한 전력을 제공 할 수 있습니다.
따라서 전력 변압기를 사용하여 전송 라인의 시작 부분에서 전압을 높이고 다른 전력 변압기를 사용하여 전송 라인 끝의 전압을 강압합니다.
이 설정을 사용하면 100km 이상의 전송 라인을 통과하는 전류 흐름의 크기가 상당히 줄어들어 전송 중 전력 손실이 줄어 듭니다.

전력 변압기와 배전 변압기의 차이점

전력 변압기는 100 % 부하에서 고효율을 갖도록 설계 되었기 때문에 일반적으로 최대 부하에서 작동합니다. 반면, 배전 변압기는 부하가 50 %에서 70 % 사이에있을 때 높은 효율을 보입니다. 따라서 배전 변압기는 100 % 부하에서 지속적으로 작동하는 데 적합하지 않습니다.
전력 변압기는 승압 및 강압 중에 고전압을 발생시키기 때문에 권선은 배전 변압기 및 계기 변압기와 비교할 때 높은 절연성을 갖습니다.
높은 수준의 단열재를 사용하기 때문에 크기가 매우 크고 무겁습니다.
전력 변압기는 일반적으로 가정에 직접 연결되지 않기 때문에 부하 변동이 적고 다른 변압기는 무거운 부하 변동을 경험합니다.
이들은 하루 24 시간 동안 완전히로드되므로 구리 및 철 손실이 하루 종일 발생하며 전체 시간 동안 거의 동일하게 유지됩니다.
전력 변압기의 자속 밀도는 배전 변압기보다 높습니다.

전력 변압기 작동 원리

전력 변압기는 '패러데이의 전자기 유도 법칙'의 원리에 따라 작동합니다. 인덕터, 모터, 발전기 및 전기 변압기의 작동 원리를 설명하는 것은 전자기의 기본 법칙입니다.

법칙에 따르면 ' 폐 루프 또는 단락 된 도체가 다양한 자기장에 가까워지면 해당 폐 루프에서 전류 흐름이 생성됩니다 . '

법을 더 잘 이해하기 위해 더 자세히 논의하겠습니다. 먼저 아래 시나리오를 고려해 보겠습니다.

영구 자석과 전도체를 먼저 서로 가까이 가져 오는 것을 고려하십시오.

그런 다음 도체는 그림과 같이 와이어를 사용하여 양쪽 끝에서 단락됩니다.
이 경우 루프를 절단하는 자기장이 고정되어 있고 법칙에서 언급했듯이 변화하거나 변화하는 자기장 만 루프에서 전류를 강제 할 수 있기 때문에 도체 또는 루프에 전류 흐름이 없습니다.
따라서 고정 자기장의 첫 번째 경우에는 도체 루프에 흐름이 0이됩니다.

그러면 루프를 절단하는 자기장이 계속 변합니다. 이 경우 다양한 자기장이 존재하기 때문에 패러데이의 법칙이 작용하여 도체 루프에서 전류 흐름을 볼 수 있습니다.

그림에서 볼 수 있듯이 자석이 앞뒤로 움직이면 도체와 폐 루프를 통해 흐르는 전류 'I'를 볼 수 있습니다.

아래와 같이 다른 다양한 자기장 소스로 교체하십시오.

이제 교류 전압 소스와 도체를 사용하여 다양한 자기장을 생성합니다.
도체 루프가 자기장 범위에 가까워지면 도체 전체에 생성 된 EMF를 볼 수 있습니다. 이 유도 된 EMF 때문에 전류 흐름 'I'가 생깁니다.
유도 전압의 크기는 두 번째 루프에서 경험하는 전계 강도에 비례하므로 자기장 강도가 높을수록 폐쇄 루프의 전류 흐름이 높아집니다.

패러데이의 법칙을 이해하기 위해 설정된 단일 지휘자를 사용하는 것이 가능합니다. 그러나 더 나은 실제 성능을 위해서는 양면에 코일을 사용하는 것이 좋습니다.

여기서, 교류 전류가 1 차 코일 (1)을 통해 흐르고 있으며 이는 도체 코일 주위에 다양한 자기장을 생성합니다. 코일 2가 코일 1에 의해 생성 된 자기장의 범위에 들어가면 패러데이의 전자기 유도 법칙 때문에 코일 2에 EMF 전압이 생성됩니다. 그리고 coil2의 전압 때문에 전류 'I'가 2 차 폐쇄 회로를 통해 흐릅니다.

이제 두 코일이 공기 중에 매달려 있으므로 자기장에 의해 사용되는 전도 매체가 공기라는 것을 기억해야합니다. 그리고 자기장 전도의 경우 공기는 금속에 비해 저항이 높기 때문에 금속 또는 페라이트 코어를 전자기장의 매개체로 사용하면 전자기 유도를보다 철저히 경험할 수 있습니다.

이제 더 많은 이해를 위해 공기 매체를 철 매체 로 대체 하겠습니다.

그림에서 볼 수 있듯이 철 또는 페라이트 코어를 사용하여 한 코일에서 다른 코일로 전력을 전송하는 동안 자속 손실 을 줄일 수 있습니다. 이 시간 동안 대기로 누출되는 자속은 우리가 공기 매체를 코어로 사용하는 시간보다 훨씬 적을 것이며 자기장의 매우 좋은 전도체입니다.

코일 1에 의해 필드가 생성되면 코일 2에 도달하는 철심을 통해 흐르고 패러데이 법칙으로 인해 coil2는 코일 2에 연결된 검류계에 의해 판독되는 EMF를 생성합니다.

이제주의 깊게 관찰하면이 설정이 단상 변압기와 유사하다는 것을 알 수 있습니다. 그리고 오늘날 존재하는 모든 변압기는 동일한 원리로 작동합니다.

이제 3 상 변압기 의 단순화 된 구조를 살펴 보겠습니다.

삼상 변압기

변압기의 골격은 자속을 전달하는 데 사용되는 적층 금속 시트를 스테이 킹하여 설계되었습니다. 다이어그램에서 골격이 회색으로 칠해진 것을 볼 수 있습니다. 골격에는 3상의 권선이 감기는 3 개의 기둥이 있습니다.
저전압 권선이 먼저 감겨 코어에 더 가깝게 감겨지고 고전압 권선이 저전압 권선 위에 감겨 있습니다. 두 권선 모두 절연 층으로 분리되어 있음을 기억하십시오.
여기서 각 열은 하나의 위상을 나타내므로 세 개의 열에 대해 3 상 권선이 있습니다.
스켈레톤과 와인딩의 전체 설정은 더 나은 열전도율과 격리를 위해 산업용 오일로 채워진 밀봉 된 탱크에 담겨 있습니다.
권선 후 6 개 코일의 끝단을 HV 절연체를 통해 밀봉 된 탱크에서 꺼 냈습니다.
단자는 스파크 점프를 피하기 위해 서로 일정한 거리에 고정되어 있습니다.

전력 변압기의 특징

정격 전력	3MVA, 최대 200MVA
일반적으로 1 차 전압	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
일반적으로 2 차 전압	3.3, 6.6, 11, 33, 66, 132kV 또는 맞춤형 사양
단계	단상 또는 3 상 변압기
정격 주파수	50 또는 60Hz
태핑	부하시 또는 부하시 탭 체인저
온도 상승	60 / 65C 또는 맞춤형 사양
냉각 방식	ONAN (내추럴 오일) 또는 요청시 KNAN (최대 33kV)과 같은 기타 유형의 냉각
라디에이터	탱크 장착 냉각 라디에이터 패널
벡터 그룹	IEC 60076에 따른 Dyn11 또는 기타 벡터 그룹
전압 규정	부하시 탭 체인저를 통해 (표준으로 AVR 릴레이 포함)
HV 및 LV 터미널	에어 케이블 박스 유형 (최대 33kV) 또는 개방형 부싱
설치	실내 또는 실외
소음 수준	ENATS 35 또는 NEMA TR1에 따름

전력 전송의 응용

전력 변압기는 주로 전력 생산 및 배전소에서 사용됩니다.
또한 절연 변압기, 접지 변압기, 6 개의 펄스 및 12 개의 펄스 정류기 변압기, 태양 광 발전소 변압기, 풍력 발전소 변압기 및 Korndörfer 자동 변압기 스타터에도 사용됩니다.
전력 전송 중 전력 손실을 줄이는 데 사용됩니다.
고전압 강압 및 고전압 강압에 사용됩니다.
장거리 소비자의 경우 선호됩니다.
그리고로드가 24x7 최대 용량으로 실행되는 경우 선호됩니다.