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CFD를 이용한 환경친화형 전력용 변압기의 열유동해석
Thermal Fluid Flow Analysis of Environment-Friendly Power Transformer Using CFD 원문보기

대한전기학회 2011년도 제42회 하계학술대회, 2011 July 20, 2011년, pp.924 - 925  

김지호 (숭실대학교 전기공학과) ,  김종왕 (숭실대학교 전기공학과) ,  권동진 (한전전력연구원 송배전연구소) ,  우정욱 (한전전력연구원 송배전연구소) ,  구교선 (한전전력연구원 송배전연구소) ,  이향범 (숭실대학교 전기공학과)

초록
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본 논문에서는 환경친화적이고, 인화점발화점이 높아 화재의 위험도가 낮은 식물성 절연우를 기존 변압기광유를 대체로 사용하기 위한 열적 특성을 열유동해석을 이용하여 온도분포를 수치해석을 통하여 예측하였다. 해석모델로는 154kV 급 단상 내철형 유입자냉식 변압기를 대상으로 CFD 해석을 수행하였으며, 광유와 식물성 절연유는 부하의 변화에 따른 온도특성을 파악하는 동시에 핫스팟(hot spot)을 예측하였다. 본 논문은 변압기를 3차원 모델링하여 유동 및 온도 분포를 해석한 결과, 변압기의 내부 온도 및 핫스팟 추적에 대하여 변압기의 수명에 대한 예측이 가능하며, 식물성 절연유를 사용한 전력용 변압기 온도 분포 해석결과는 식물성 절연유의 적용 및 냉각 설계 변경에 기초자료롤 활용될 것이다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 생분해도가 높아 환경친화적이고, 인화점 및 발화점이 높아 화재의 위험성이 낮은 식물성 절연유를 기존의 전력용 변압기에 광유를 대체하기 위해 CFD 해석을 통한 온도분포를 파악하였다. 이를 위해 기존에 변압기에 사용된 광유와 식물성 절연유에 대한 온도분포를 비교하였고, 이때의 해석에 적용한 절연유는 각각의 열적 특성에 변화를 줄 수 있는 파라미터인 밀도, 열전도도, 비열, 점도는 온도에 따라 변화하는 값을 사용하였다.
  • 이에 본 논문은 높은 점도 특성을 가진 식물성 절연유의 전력용 변압기 적용을 위한 변압기 온도 특성 파악 및 냉각 시스템의 검증을 최종목표로, 이를 위해 CFD(computational fluid dynamics)해석을 통한 변압기의 열유동해석을 수행하여 변압기의 온도 특성 파악을 수행하는 동시에 핫스팟(hot spot)을 예측하였다. 해석에 변압기는 154kV 전력용 변압기를 해석 모델로 선정하여 광유와 식물성 절연유를 유입자냉식의 자연대류로 설정하여 난류 현상을 해석하였다.

가설 설정

  • 또한 해석모델은 해석시간을 줄이고 수렴성을 높이기 위해 OLTC가 제거된 상태에서의 대칭(symmetry)모델이기 때문에 1/2 형상만 모델링하여 해석하였다. 해석모델의 온도분포는 열원의 크기가 큰 저압권선과 고압권선의 영역에서 증가할 것이라 가정하고, 저압권선과 고압권선을 세부적으로 모델링하고 안정권선과 탭권선은 단순하게 모사하였다. 해석모델에 그림은 <그림 1>에 나타내었다.
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