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변압기용 ONAF 방식 방열기의 팬 배치에 따른 냉각특성 연구
Numerical Study of the Effect of Fan Arrangement on the Cooling Performance of the ONAF Type Radiator for Power Transformer 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.39 no.4, 2015년, pp.449 - 455  

김국겸 (Department of Mechanical Engineering, Donga-A University) ,  서용권 (Department of Mechanical Engineering, Donga-A University) ,  강상모 (Department of Mechanical Engineering, Donga-A University)

초록
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전력용 변압기 용량의 증대와 고효율화에 따른 권선의 단위체적당 열발생량의 증가 및 이에 따른 절연성능의 저하는 전력용 변압기의 수명과 신뢰성에 큰 영향을 준다. 이러한 문제점은 방열기의 냉각성능을 증가시킴으로써 해결이 가능하다. 본 연구는 ONAF(Oil Natural Air Forced) 형식의 변압기의 방열기에 대해 공기의 강제대류를 일으키는 팬의 위치에 따른 냉각성능 평가를 통하여 냉각효과가 가장 큰 팬의 위치를 찾기 위한 것이다. 해석에는 유동해석 상용소프트웨어를 사용하였으며, 해석시간의 단축을 위하여 오일의 냉각유로를 단순화시켰고 팬의 지름을 일정하게 두고 팬의 위치를 다양하게 변화시켜가며 해석을 실행하였다. 해석 결과 팬의 수직적인 위치 변화는 냉각성능에 크게 영향을 주지 않았으나 팬이 변압기의 전방영역에 위치할 경우 후방영역의 배치보다 온도강하가 큰 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Owing to the trend of an increase in capacity and high-efficiency requirement, the life and reliability of power transformer depend significantly on the amount of heat generation per unit volume and the degradation of insulation oil. These problems can be solved by enhancing the cooling performance ...

주제어

#변압기   #ONAF 형식 방열기   #강제대류   #냉각성능   #팬 배치  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 내부 절연유와 주위 공기의 자연대류를 통하여 발생한 열을 대기 중으로 방출시키는 ONAN(Oil Natural Air Natural) 냉각방식과 방열기에 팬을 설치하여 공기의 강제대류 효과를 이용하는 ONAF(Oil Natural Air Forced) 냉각방식이 있다[1]. 본 논문은 ONAF형식의 방열기에서 팬의 배치에 따른 냉각특성을 연구한 것이며, 본 연구의 목적은 팬의 배치에 따라 냉각성능을 비교하여 높은 효율을 낼 수 있는 배치방법을 찾는 데 있다.
  • 자연대류만을 이용하여 방열기를 냉각할 시에는 핀을 길게 제작하여 절연유가 냉각될 수 있는 시간을 늘려 온도감소를 더욱 늘려주나 본 해석에서는 해석 시간의 단축을 위하여 핀의 길이를 짧게 생성하였으므로 매우 낮은 냉각효과를 보이고 있다. 본 해석은 이후 팬을 배치하여 강제대류효과를 추가하였을 시의 냉각성능과 비교하기 위한 목적으로 수행한 것이다.

가설 설정

  • Figure 6은 유입부에서 5mm 아래(A-A 단면), 유출부에서 5mm 위(B-B 단면) 지점(Figure 2(a) 참조)에서의 각 핀의 단면평균 전압력과 더불어 유입관로 및 유출관로의 축을 따르며 측정한 단면평균 전압력을 그래프로 그린 것이다. 유입관과 유출관에서의 전압력은 예상대로 상류에서 높고 하류에서 낮은 분포를 보인다. 이에 따라 전방에 위치한 핀 내부의 압력강하가 후방 핀 보다 더 크다.
  • 변압기란 전자유도 작용으로 배전전압을 부하에 적당한 전압으로 높이거나 낮추거나 또는, 전류의 값을 바꾸는데 사용되는 기기이다. 전원에 연결되는 1차 권선과 부하에 연결되는 2차 권선은 같은 철심 주위에 감겨있다. 대용량 변압기에서는 방열이 잘되도록 변압기의 몸체인 탱크의 외부에 절연유(mineral oil)의 순환을 통하여 냉각될 수 있도록 파이프나 방열기를 설치하며, 팬(fan)을 장착하여 강제대류의 효과를 증가시켜 방열효과를 높이는 방식도 존재한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
변압기의 온도상승의 문제점은 무엇인가? 최근 전력사용의 증가에 따른 전력계통 부하의 급증으로 인해 변압기 용량이 증가되고 있으며, 더불어서 온도상승으로 의한 과열문제가 대두되고 있다. 변압기의 온도상승은 내부 절연물의 수명을 단축시키고, 허용온도를 초과하게 되면 내부의 압력상승으로 인하여 변압기의 폭발을 초래할 수도 있다. 또한, 원자재 가격의 상승으로 방열기의 사이즈를 키우지 않는 조건에서 효율적인 냉각시스템을 고안할 필요성이 대두되고 있다.
변압기용 방열기는 어떻게 구분되는가? 이러한 변압기용 방열기는 방열 방식에 따라 크게 2가지로 분류된다. 내부 절연유와 주위 공기의 자연대류를 통하여 발생한 열을 대기 중으로 방출시키는 ONAN(Oil Natural Air Natural) 냉각방식과 방열기에 팬을 설치하여 공기의 강제대류 효과를 이용하는 ONAF(Oil Natural Air Forced) 냉각방식이 있다[1]. 본 논문은 ONAF형식의 방열기에서 팬의 배치에 따른 냉각특성을 연구한 것이며, 본 연구의 목적은 팬의 배치에 따라 냉각성능을 비교하여 높은 효율을 낼 수 있는 배치방법을 찾는 데 있다.
변압기 용량이 최근 증가하는 이유? 최근 전력사용의 증가에 따른 전력계통 부하의 급증으로 인해 변압기 용량이 증가되고 있으며, 더불어서 온도상승으로 의한 과열문제가 대두되고 있다. 변압기의 온도상승은 내부 절연물의 수명을 단축시키고, 허용온도를 초과하게 되면 내부의 압력상승으로 인하여 변압기의 폭발을 초래할 수도 있다.
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참고문헌 (7)

  1. J. K. Seong, M. J. Choi, S. G. Woo, B. S. Baek, and J. S. Hur, "Evaluation of the cooling capacity for oil immersed transformer radiator using numerical analysis," Proceedings of the Korean Society of Mechanical Engineers Autumn Conference, pp. 61-65, 2012 (in Korean). 

  2. H. J. Kim, S. W. Yang, W. S. Kim, K. Y. Kweon, and M. J. Lee, "Cooling characteristic analysis of transformer's radiator," Proceedings of the Korean Society of Mechanical Engineers Spring Conforence B, pp. 1920-1925, 2007 (in Korean). 

  3. Darshal Engineering Works, http://www.darshalradiators.com/power-transformer-radiator.html, Accessed March 10, 2014. 

  4. S. M. Cho and C. S. Kim, "Classical approach and CFD analysis for calculating radiator efficiency for power transformer," Proceedings of the Korean Society of Mechanical Engineers Autumn Conforence, pp. 2733-2738, 2010 (in Korean). 

  5. H. S. Kim, M. G. Kim, and J. K. Kim, "Analysis of the cooling characteristic for the radiator in a large power transformer," Proceedings of the Korean Society of Mechanical Engineers Autumn Conforence, pp. 1678-1683, 2011 (in Korean). 

  6. ANSYS CFX, Solver Theory Guide, Released 13, ANSYS Inc., 2011. 

  7. California Turbo, Inc., http://www.californiaturbo.com/cfm_features.htm, Accessed March 12, 2014. 

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