[논문]구조 공진회피에 의한 변압기 소음저감

최원호; 김진; 석호일

구조 공진회피에 의한 변압기 소음저감
A Study of the Low Noise Transformer by Avoiding the Structural Resonance 원문보기

최원호 ((주)효성 중공업연구소 구조진동팀) , 김진 ((주)효성 중공업연구소 구조진동팀) , 석호일 ((주)효성 중공업연구소 구조진동팀)

Demands for the noise reduction of a transformer has been becoming an common issue because it has been used mainly at the residence area such as an apartment complex. This paper shows 2 trouble shooting examples that high noise sources were found out structural resonance of a transformer by 120Hz exciting frequency caused from magnetostrictive vibration of core. This paper presents that vibration data are very important to find noise source and how to avoid natural frequency of core and tank wall

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문제 정의

. 그런데 똑같은 변압기 철심의 고유진동수가 약간씩 다른 점에 착안하여 철심 조립 방법을 통하여 공진 문제를 해결하고자 검토하였다. 철심을 고정하는 단철의 조임 볼트 체결 토크에 따른 V상의 고유진동수 변화를 측정한 결과는 그림 8과 같다.
따라서 변압기의 저소음화를 위하여 먼저 변압기 구조물의 공진 회피가 매우 중요하다. 본 논문에서는 변압기 구조물의 공진 회피를 통하여 소음을 저감시킨 2가지 사례를 소개한다.
본 연구에서는 높은 소음이 발생하는 몰드변압기의 소음 원인을 체계적으로 분석하였고, 그 원인이 V상의 공진임을 판명하였다. 소음 저감 대책으로 단철조임 볼트의 체결 강도를 조절하여 V상의 공진을 회피시킴으로서 74dB(A)의 소음을 65dB(A)까지 낮출 수가 있었다.

제안 방법

소음의 차이를 규명하기 위하여 철심 간의 적층 상태, 단철과 철심 간의 밀착상태 등 두 변압 기간의 조립상태를 확인하였으나, 차이점을 발견할 수가 없었다. 또 절연관과 코일의 진동을 측정한 결과 역시 큰 차이는 없었다 따라서 소음원을 정확히 파악하기 위하여 음향인 텐시티를 측정하였다.
본 연구에서 진동은 철심에서 측정하였다. 변압기에는 고압의 전류가 흐름에 따라 접촉식 진동변환기는 사용이 불가능하므로 비접촉식 레이저 속도계(모델명 : VH300, 영국 Ometron사) 를 사용하여 철심의 진동을 측정하였고, 소음은 마이크로폰을 변압기에서 L5m 떨어진 지점에서 측정하였다. 진동주파수 분석 결과, 두 변압기 모두에서 전원 주파수 2배의 하모닉스 성분이 나타났다.
소음이 정상인 변압기와 높은 소음이 발생하는 변압기의 진동과 소음의 주파수 특성을 측정한 결과를 그림 4와 5에 각각 나타냈다. 본 연구에서 진동은 철심에서 측정하였다. 변압기에는 고압의 전류가 흐름에 따라 접촉식 진동변환기는 사용이 불가능하므로 비접촉식 레이저 속도계(모델명 : VH300, 영국 Ometron사) 를 사용하여 철심의 진동을 측정하였고, 소음은 마이크로폰을 변압기에서 L5m 떨어진 지점에서 측정하였다.
음향인 텐시티를 측정한 결과, 모두 V상의 소음이 크게 나타남에 따라, V상의 공진 여부를 확인하기 위하여 충격시험을 수행하였다. 충격시험 결과, 소음이 높은 변압기 V상의 고유진동수는 480Hz로 측정되었고, 정상변압기의 V상은 472Hz로 나타났다.

대상 데이터

4.4부가질량 부착

부가 질량은 철판을 사용하며 크기는 50x150x32이다. 부가 질량의 위치는 내부 압력판에서 250mm, 하부 탱크로부터 2056mm 위지점이며, 양쪽 브레이스 사이의 중간이다.
측정 장소의 암소음은 61dB(A)이며, 변압기의 크기에 비해 측정공간이 매우 크기 때문에 반사음의 영향은 없었다. 소음주파수 분석 결과, 1kHz 이상의 소음 성분은 나타나지 않았기 때문에 음향인텐시티 탐침자의 스페이서는 50mm를 사용하여 저주파수 측정한계를 크게 하였고, 인텐시티 탐침자는 덴마크 B&K사의 Type 3548을 사용하였다. 그림 6은 이를 측정한 결과이다 두 변압기에서 공통점은 모두 U, W상보다 V상 의 소음이 높음을 알 수가 있다.

성능/효과

변압기의 특정면에서 소음에 높아 탱크월의 진동을 측정하여 진동이 가장 높은 부분의 진동 주파수 분석을 한 결과, 그림 9와 같은 전원 주파수의 2배수인 120Hz진동이 나타났다.
정상변압기 및 높은 소음 변압기 모두 주성분은 480Hz임을 알 수가 있으며, 높은 소음 변압기의 소음은 480Hz 성분이 증가함으로써 높은 소음이 발생함을 판단할 수 있다. 진동소 음 주파수 분석 결과도 마찬가지로 480Hz 성분이 탁월함을 알 수가 있다.
변압기에는 고압의 전류가 흐름에 따라 접촉식 진동변환기는 사용이 불가능하므로 비접촉식 레이저 속도계(모델명 : VH300, 영국 Ometron사) 를 사용하여 철심의 진동을 측정하였고, 소음은 마이크로폰을 변압기에서 L5m 떨어진 지점에서 측정하였다. 진동주파수 분석 결과, 두 변압기 모두에서 전원 주파수 2배의 하모닉스 성분이 나타났다. 이는 앞에서 언급한 변압기의 소음특성과 잘 일치한다.
음향인 텐시티를 측정한 결과, 모두 V상의 소음이 크게 나타남에 따라, V상의 공진 여부를 확인하기 위하여 충격시험을 수행하였다. 충격시험 결과, 소음이 높은 변압기 V상의 고유진동수는 480Hz로 측정되었고, 정상변압기의 V상은 472Hz로 나타났다.
보기가 용이하도록 고진동 발생 부위만 그림 12에 다시 나타내었다. 해석 결과, 탱크월의 2차 고유 진동수가 변압기 발생 주파수 120Hz와 일치함을 알 수가 있다. 실제 고진동이 발생하는 부분의 진동모드를 측정한 결과는 그림 12와 같은 모드형상을 하고 있다.

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