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제안 방법
- 본 연구에서 수행한 모델의 경우 그 내부 구조물의 복잡성을 고려하여, Full 3D 1/4 symmetric 모델로 Mesh작업을 수행하여도 1000만개 이상이 필요하였다. 따라서 변압기 내부에 Oil의 유동과 열 전달에 영향을 주는 요소를 제외하고 최대한 단순화하여 모델링 및 열 유동해석을 진행하였다.
- 실제 변압기 내부의 Oil 순환과 방열기의 열 전달 성능예측을 위해 Full 3D모델로 작업하여 계산하였고, 내부 온도상승이나 Oil 유동에 영향을 줄 수 있는 가정을 최소로 하여 실제현상에 근접한 수치해석이 되도록 모의하였다. 본 연구를 통해 일반변압기 내부의 Oil 유동 및 온도 상승 거동을 확인할 수 있었고, 계산과 실험결과를 비교하여 신뢰성을 검증하였다.
- 9kV 모델로 본 연구에서 열 유동 해석을 수행한 모델이다. 실제 변압기 내부의 Oil 순환과 방열기의 열 전달 성능예측을 위해 Full 3D모델로 작업하여 계산하였고, 내부 온도상승이나 Oil 유동에 영향을 줄 수 있는 가정을 최소로 하여 실제현상에 근접한 수치해석이 되도록 모의하였다. 본 연구를 통해 일반변압기 내부의 Oil 유동 및 온도 상승 거동을 확인할 수 있었고, 계산과 실험결과를 비교하여 신뢰성을 검증하였다.
- 하지만 실제 변압기 내부 권선의 온도는 일반적인 변압기 온도상승 시험에서는 구할 수 없으며, 측정한 Oil온도와 권선 저항 값을 실험식을 이용하여 계산하게 된다. 이러한 실험식 예측값과 실제 측정값과의 차이를 알아보기 위해, 본 시험에서는 기존 시험실 측정값 외에 측정장비를 활용하여 변압기 내부 권선온도를 자체적으로 측정하였다.
- 일반모델의 시험실 및 자체 측정결과를 이용하여 상용 수치해석 코드의 모델링과 계산 결과의 정확도를 확인함으로써 해석의 신뢰성을 확보하였다.
대상 데이터
- 이 주름형 방열기는 Oil의 유출입구가 따로 정해져 있지 않아 순환유량 및 속도를 제어/측정할 수 없고, 그에 의한 내부 열 교환 성능 역시 예측하기가 매우 힘들다. Fig.1은 현재 판매중인 일반 변압기 모델 중 400kVA급 22.9kV 모델로 본 연구에서 열 유동 해석을 수행한 모델이다. 실제 변압기 내부의 Oil 순환과 방열기의 열 전달 성능예측을 위해 Full 3D모델로 작업하여 계산하였고, 내부 온도상승이나 Oil 유동에 영향을 줄 수 있는 가정을 최소로 하여 실제현상에 근접한 수치해석이 되도록 모의하였다.
- Table 1 은 일반변압기 방열면적 절감을 고려한 추가해석 모델을 보여주고 있으며 Case 1 을 기준으로 각각 방열기 측면과 하부의 면적을 25%, 11% 제거한 모델이다. 방열기 면적 제거 외의 다른 조건은 모두 동일하며, Case 3 의 경우 방열기 하부 면적 제거기준은 실제로 방열기 제작 가능한 단위가 최소 100mm 이기 때문에 전체 방열기 길이 900mm 중 100mm 를 제거하여 약 11%의 방열기 면적 제거 모델로 선정하였다.
- 현재 보유하고 있는 Dell사의 Work-Station은 4개의 CPU와 16G의 메모리를 가지고 있으며, 최대 900만개의 Mesh를 사용한 모델링 계산을 수행할 수 있다. 본 연구에서 수행한 모델의 경우 그 내부 구조물의 복잡성을 고려하여, Full 3D 1/4 symmetric 모델로 Mesh작업을 수행하여도 1000만개 이상이 필요하였다. 따라서 변압기 내부에 Oil의 유동과 열 전달에 영향을 주는 요소를 제외하고 최대한 단순화하여 모델링 및 열 유동해석을 진행하였다.
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