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하이브리드 몰드 변압기의 온도 특성 해석
Temperature Characteristics Analysis of Hybrid Transformer 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.62 no.7, 2013년, pp.931 - 936  

김종왕 (숭실대 대학원 전기공학과) ,  박훈양 (에너테크) ,  이향범 (숭실대학교 전기공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the temperature distribution of 400kVA hybrid transformer is predicted by using CFD analysis. The copper loss and iron loss which are heat source are calculated by using Joule heat and Bertotti's equation respectively. To improve the convergence of the numerical calculation and to red...

주제어

#CFD   #Hybrid transformer   #Temperature characteristics analysis   #Zig-zag connection  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 400kVA 하이브리드 변압기의 CFD 해석 결과를 검증하기 위하여 변압기 부하 시험을 수행하였다. 고체로 절연되어있는 몰드 변압기는 에폭시 내부의 권선 온도를 직접 측정할 수 있는 방법이 없기 때문에 표면의 온도를 비교하는 방법이 유일하다.
  • 고체로 절연되어있는 몰드 변압기는 에폭시 내부의 권선 온도를 직접 측정할 수 있는 방법이 없기 때문에 표면의 온도를 비교하는 방법이 유일하다. 본 논문에서는 열화상 카메라를 이용하여 변압기의 표면 온도를 측정하고 해석 결과와 비교 하였다. 그림 7∼12는 변압기의 각 위치별 온도 값과 해석 결과 값을 나타내며 표 3은 측정값과 해석 값의 각 위치의 온도 값을 비교하고 있다.
  • 따라서 CFD(Computational fluid dynamics) 해석을 이용하여 하이브리드 변압기의 온도 분포를 분석해야할 필요성이 있다. 본 논문에서는 하이브리드 변압기의 온도 분포 예측을 위하여 온도 상승에 가장 큰 영향을 미치는 동손과 철손을 계산하였다. 해석시간 단축을 위하여 변압기의 1/4을 모델링하고 CFD 해석을 통하여 온도 분포를 예측하였다.
  • 본 논문은 400kVA 하이브리드 변압기의 온도 특성을 예측하기 위하여 동손과 철손을 계산하고 단위 부피당 열원을 계산하였다. 해석 시간의 단축을 위하여 1/4 모델을 적용하였으며, 격자의 품질 향상과 수렴성을 높이기 위하여 여러가지의 격자를 혼합하여 격자를 사용하였다.

가설 설정

  • 본 논문에서는 자연 대류 상태에서 공기의 유입 속도가 1 m/s를 넘지 않을 것이라고 가정하고 저압 코일과 고압 코일간의 간격 50 mm, 공기의 밀도와 점도를 대입하여 계산하면 레이놀즈 수는 15000이 된다. 일반적으로 레이놀즈 수가 2400이 넘을 경우 난류 모델 해석을 해야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
신재생 에너지 생산 과정에서 사용하는 전력용 반도체 소자로 인해 발생하는 고조파는 어떤 문제를 야기하는가? 신재생 에너지는 친환경적이지만 주변 환경에 의하여 출력이 불안정하며, 전력용 반도체 소자 사용으로 인하여 고조파가 발생한다. 이러한 고조파는 계통에 유입되어 단자 전압 상승, 공진 현상, 전력 손실, 보호계전기의 오작동, 통신 회로 장애 등 계통에 문제를 발생시킨다[1][2]. 이러한 고조파를 감소시키고 전력 품질을 향상시키기 위하여 별도의 설비를 따로 투자하지 않는 방법으로 Zig-Zag 권선을 사용하는 하이브리드 변압기를 사용하고 있다.
신재생 에너지의 특징은 무엇인가? 최근 친환경성이 대두되면서 신재생 에너지를 이용한 발전시스템이 증가하고 있다. 신재생 에너지는 친환경적이지만 주변 환경에 의하여 출력이 불안정하며, 전력용 반도체 소자 사용으로 인하여 고조파가 발생한다. 이러한 고조파는 계통에 유입되어 단자 전압 상승, 공진 현상, 전력 손실, 보호계전기의 오작동, 통신 회로 장애 등 계통에 문제를 발생시킨다[1][2].
열원의 밀집 현상으로 인해 발생 되는 문제점은 무엇인가? 권선과 철심 사이의 거리가 가까워지면 권선과 철심 사이의 열이 쉽게 전달되며, 상대적으로 유로가 작아지기 때문에 공기로 인한 냉각 효과가 감소하게 된다. 이러한 열원의 밀집 현상은 변압기의 온도가 상승을 초래하게 되며, 변압기의 절연물의 수명을 급격하게 감소시킬 수 있다. 따라서 CFD(Computational fluid dynamics) 해석을 이용하여 하이브리드 변압기의 온도 분포를 분석해야할 필요성이 있다.
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참고문헌 (8)

  1. A. A. Mohmoud, R. D. Shaltz, "A method for analyse harmonic distribution in a.c power systems," IEEE Trans., PAS-101, pp. 151-161, Aug. 1982. 

  2. Turan Gonen, "Electric Power Distribution System Engineering," CRC Press, 2008. 

  3. H. Y. Park, "A study on Power Transformer by Zig-Zag Windings with Reduction of Harmonics and Phase Imbalance," Master thesis, Soongsil Univ. Dec 2010. 

  4. A. Moses and G. Shirkoohi, "Iron loss in nonoriented electrical steels under distorted flux conditions," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 23, no. 5, pp. 3217-3220, 1987. 

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  5. Giorgio Bertotti, "General Properties of Power Losses in Soft Ferromagnetic Materials," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 24, no. 1,1988. 

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  6. Jiyuan Tu, "Computational Fluid Dynamics," ISBN 978-0-7506-8563-4 Butterworth-Heinemann, 2008. 

  7. Linden W. Pierce, "Predicting Hottest Spot Temperatures in Ventilated Dry Type Transformer Windings," IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 9, No. 2, pp. 1160-1169, 1994. 

    상세보기 crossref

  8. J. M.Weiss, J. P. Maruszewski, and W. A. Smith, "Implicit Solution of the Navier-Stokes Equations on Unstructured Meshes," Technical Report AIAA-97-2103, 13th AIAA CFD Conference, Snowmass, CO. July 1997. 

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