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변압기의 주요 구성 요소 개략도

변압기 제조 공정

변압기 코어

변압기 코어 소개의 주요 내용은 변압기 코어의 절단, 적층, 고정 및 무부하 손실을 줄이기 위한 최신 적층 기술입니다.

2. 변압기 코어

변압기의 핵심 부품은 철심입니다. 철심은 자성 도체와 고정 장치로 구성됩니다. 철심은 두 가지 기능을 수행합니다. 원칙적으로 철심의 자성 도체는 변압기의 자기 회로 역할을 하며, 1차 회로의 전기 에너지를 자기 에너지로 변환합니다. 또한, 철심은 자체 자기 에너지를 2차 회로의 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 매개체 역할을 합니다. 구조적으로 철심은 변압기 내부의 본체, 전선 등 모든 부품을 지지하는 역할을 합니다.

변압기의 철심은 틀 모양의 폐쇄 구조입니다. 코일이 감싸고 있는 부분은 코어 컬럼이라고 하고, 코일을 감싸지 않고 자기 회로를 닫는 역할만 하는 부분은 철심이라고 합니다.

철심의 종류

권선과 철심의 상대적인 위치에 따라 철심은 심재형과 외피형 두 가지로 나눌 수 있다. 여기서는 심재형 철심에 대해서만 설명한다. 단상 변압기의 경우, 철심은 2열 2단, 단열 4단, 이중 4단 등 여러 가지 구조 형태를 가진다.

3상 변압기의 철심은 2단 2열(3상 3열), 3단 4열(3상 5열) 등 여러 가지 구조를 가집니다. 철심 구조의 선택은 다양한 권선의 합리적인 배치, 재료 절약, 운송 높이 제한 등 종합적인 요소를 고려하여 결정됩니다. 바이패스는 누설 자속과 여자 전류의 5파와 7파를 감소시킬 수 있습니다.

전기강판(실리콘 강판):

철심 자성 도체에 사용되는 재료는 고실리콘 강판이라고도 하는 고함량 실리콘 강판입니다.

실리콘 강판은 냉간압연과 열간압연 두 종류가 있으며, 냉간압연 실리콘 강판은 다시 무배향형과 배향형으로 나뉜다.

열간압연 규소강판은 자기적 특성이 좋지 않아 자속 밀도가 1.5T에 불과하고 단위 손실이 너무 커서 더 이상 사용되지 않습니다. 반면 냉간압연 배향 규소강판은 뚜렷한 방향성을 가지며 포화 자속 밀도가 높고 단위 손실과 단위 여자 용량이 작아 현재 널리 사용되고 있습니다.

냉간압연 방향성 규소강판의 두께는 0.35mm, 0.3mm, 0.27mm, 0.23mm 등 여러 가지 규격이 있습니다. 일반적으로 사용되는 것은 0.3mm이며, 두께가 점점 더 얇아지고 있는데, 이는 주로 무부하 횡방향 손실을 줄이기 위한 것입니다.

현재 규소강판의 주요 생산 지역은 일본, 서유럽, 러시아, 한국 및 국내 우한철강입니다.

냉간압연 방향성 규소강판의 제원은 주로 두께와 50Hz 자속 밀도가 1.7T일 때의 단위 손실(W/kg)로 나타내며, 예를 들면 다음과 같습니다.

• 레이저 조사 및 기계식 조각 기술을 사용하여 새롭게 개발된 실리콘 강판

변압기 코어 실리콘 강판의 전단 가공:

실리콘 강판은 공장에 약 1000mm 폭의 코일 형태로 입고됩니다. 특수 절단 장비(예: 독일제 Georger 와이어)를 사용하여 필요한 모양으로 절단해야 하며, 각 판재의 절단면 돌출부는 0.02mm를 넘지 않아야 합니다.

철심 적층:

●심형 변압기의 코일은 원형이므로 심선 기둥의 단면도 원형이어야 하지만, 제조가 어렵고 경제성이 떨어지므로 계단식(단계형 원통형)으로 제작됩니다. 각 단계는 직사각형을 이루며, 외경은 동일한 외접원 상에 위치합니다. 단계의 수는 일정한 제한이 있으며, 경제적 이점을 종합적으로 고려하여 결정해야 합니다.

●철심을 적층할 때, 코어 컬럼과 철 요크의 철심 부재들을 하나 또는 여러 개씩 번갈아 겹쳐 쌓음으로써, 상하층 실리콘 강판의 맞대기 이음매가 서로 엇갈리게 겹쳐지도록 합니다. 이렇게 하면 여자 전류와 무부하 손실이 감소하는 동시에 강도가 향상됩니다.

철심 부재의 겹침 이음매:

• 현재 변압기 코어는 완전 경사 접합 방식을 채택하고 있는데, 이는 코어 기둥과 철심의 접합부가 45° 각도를 이루는 것을 의미합니다. 이러한 접합 방식은 현재 일반적으로 사용되는 고자화율 배향 규소강판의 특성에 매우 적합하며, 자기 회로의 일관성을 최대한 높여줍니다.

• 완전 마이터 접합부를 사용하는 대형 변압기 코어의 경우, 적층은 일반적으로 2단계 접합 방식으로 이루어집니다. 변압기 코어의 무부하 특성을 더욱 향상시키기 위해 다단계 접합 형태의 코어, 즉 스텝랩(StepLap) 코어가 사용됩니다.

적층 코어에서 실리콘 강판의 이음매는 엇갈리게 배치되어 있습니다. 특정 조각의 자속이 이음매의 공극을 만날 때, 공극의 자기 저항은 실리콘 강판의 자기 저항보다 수천 배 더 큽니다. 대부분의 자속은 이음매를 연결하는 인접한 실리콘 강판을 통과합니다. 연결된 이음매 부분의 적층판 원래 자속과 연결된 자속이 중첩되어 밀도가 포화 상태에 도달할 수 있습니다. 이로 인해 연결 부위(즉, 국부적인 영역)의 무부하 손실과 무부하 전류가 급격히 증가하여 전체 무부하 손실이 증가합니다.

스텝랩은 올해 도입된 새로운 적층 기술로, 접합 부위의 실리콘 강판의 자기 밀도를 향상시켜 핵심 부분의 무부하 손실과 소음을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

핵심 절연재:

철심의 절연은 변압기 철심 제품의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 철심의 절연은 크게 두 부분으로 나눌 수 있는데, 하나는 판재 사이의 절연이고 다른 하나는 판재와 구조 부품 사이의 절연입니다.

칩 간 절연은 주로 두 가지 방식으로 이루어집니다. 하나는 적층판 표면의 코팅이고, 다른 하나는 적층 과정에서 각 스택에 일정 두께의 절연 판지 층을 배치하는 것입니다. 이 절연 판지 층은 열 방출 오일 채널 역할도 합니다.

대용량 변압기에서는 철심에서 발생하는 열을 변압기 오일의 순환을 통해 제거하기 위해 철심 기둥과 요크에 냉각유 통로가 있습니다. 이 통로는 실리콘 강판을 골판 형태로 천공하거나 실리콘 강판에 강철봉을 용접하여 만들 수 있습니다. 완전 사선 접합 방식의 변압기 철심에서는 손실을 줄이기 위해 비금속 재질의 슬랫을 사용하여 오일 통로를 분리합니다.

철심 접지:

변압기 작동 중에는 철심과 금속 구조물이 전기장 내에서 서로 다른 위치에 있기 때문에 발생하는 전위차 또한 다릅니다. 두 지점 간의 전위차가 특정 값에 도달하면 방전 현상이 발생합니다. 이 방전으로 인해 변압기 오일이 분해되거나 고체 절연체가 손상될 수 있습니다. 이러한 현상을 방지하기 위해서는 철심과 금속 구조물을 효과적으로 접지해야 합니다.

철심 부속품

제2부. 변압기 권선

변압기 권선 부분의 주요 내용은 변압기 권선의 전선 및 권선 방법입니다.

코일은 변압기의 입력 및 출력 전기 에너지의 전기 회로이며 변압기의 기본 구성 요소입니다. 코일은 다음과 같은 기본 요구 사항을 충족하도록 설계되어야 합니다.

1. 전기 강도

낙뢰 충격 내전압

작동 임펄스 내전압

전력 주파수 내전압

2. 내열성

장시간 작동 전류로 인해 발생하는 열을 고려할 때, 코일 절연체의 수명은 최소 20년 이상이어야 합니다.

변압기의 작동 조건에서 어느 선로 끝단에서든 갑작스러운 단락이 발생할 경우, 코일은 단락 전류로 인해 발생하는 열을 손상 없이 견딜 수 있어야 합니다.

3. 기계적 강도

코일형;

코일 유형은 주로 코일 전압과 같은 이완 용량을 기준으로 선택되며, 전기적 강도, 기계적 강도, 방열 및 제조 공정의 실현 가능성도 고려됩니다. 코일 구조의 선택은 단일한 것이 아니며, 때로는 여러 구조 형태 중에서 선택할 수 있습니다. 이는 또한 각 변압기 제조업체의 전통적인 관행과도 관련이 있습니다.

변압기 코일은 크게 층상형과 케이크형 두 가지 유형으로 나눌 수 있다. 핀 코일은 나선형, 연속형, 얽힘형, 얽힘 연속형, 내부 차폐 연속형 및 지그재그 구조형으로 나눌 수 있다.

코일 와이어:

권선은 도체 재질에 따라 구리선과 알루미늄선으로, 도체 모양에 따라 원형선과 평선으로, 절연 재질에 따라 종이선, 페인트선, 유리선으로 나눌 수 있습니다. 전력 변압기에는 일반적으로 종이로 감싼 평강선이 사용됩니다.

종이피복 평강선은 일반 종이피복선, 복합선, 전단선 등으로 나눌 수 있다. 강선의 인장 강도에 따라 일반선(00, ≤120Mpa)과 반경질 구리선(120Mpa < 00.2 ≤ 210Mpa)으로 구분된다. 전단선 중에는 자가접착 전단선도 있는데, 이는 전단선의 한쪽 평강에 에폭시 수지층을 코팅한 것이다(양면 도막 두께는 1mm이다).

(0.06 ± 0.02mm)의 간격을 두는 목적은 도막이 열경화된 후 모든 가는 전선을 서로 붙여 코일의 단락 강도를 향상시키는 것입니다. 현재 중국에서는 최신 네트 패키지 전이 전선이 적용되었으며, 이에 상응하는 가공 생산 라인도 도입되었습니다.

권선은 도체 재질에 따라 구리선과 알루미늄선으로, 도체 모양에 따라 원형선과 평선으로, 절연 재질에 따라 종이선, 페인트선, 유리선으로 나눌 수 있다. 전력 변압기에는 일반적으로 종이로 감싼 평동 구리선이 사용된다.

종이피복 평선은 일반 종이피복선, 복합선, 전치선 등 다양한 유형으로 나눌 수 있습니다. 구리선의 인장 강도에 따라 일반선(02≤120Mpa)과 반경질 구리선(120Mpa<00, ≤210Mpa)으로 구분됩니다. 이 중 전치선에는 자가접착 전치선도 있는데, 이는 전치선의 각 평선에 에폭시 수지층(양면 도막 두께 0.06±0.02mm)을 코팅한 후, 열처리하여 도막을 경화시켜 모든 가는 선들을 접착시켜 코일의 단락 강도를 높인 것입니다. 현재 중국에서는 최신 네트 패키지 전치선이 적용되고 있으며, 이에 맞는 가공 생산 라인도 도입되었습니다.

권선은 일반적으로 층상형과 파이형의 두 가지 유형으로 나뉩니다.

권선은 축 방향을 따라 연속적으로 감겨 있으며, 이를 층상 권선이라고 합니다. 각 층은 원통형입니다. 배럴 권선.

권선은 방사 방향으로 연속적으로 감겨 파이(조각) 모양을 이루며, 축 방향으로 배열된 여러 개의 파이 조각으로 구성된 권선을 파이 권선이라고 합니다. 연속 권선, 얽힌 권선, 삽입형 용량성 권선 등이 포함됩니다.

일반적인 권선 형태:

일반적인 권선 형태는 원통형, 나선형, 연속형 및 얽힌형입니다.

원통형 권선은 가장 간단한 형태이며, 일반적으로 하나 또는 여러 개의 권선으로 구성됩니다. 권선 시에는 와이어 금형 축을 따라 거의 한 바퀴씩 감는데, 마치 원형으로 촘촘하게 감긴 코일 스프링과 유사합니다. 권선 방식이 간단하고 제작 품질이 우수하며, 층 사이의 오일 통로를 통해 열 방출이 잘 되는 것이 특징이지만, 단부 지지면적이 작고 기계적 강도가 떨어집니다.

나선형 권선은 평선으로 만들어지며, 권선들은 서로 밀착되어 있지 않고 절연 스페이서를 통해 일정 거리(오일 채널)만큼 떨어져 있어 마치 늘어난 코일 스프링과 같습니다. 장점은 권선 공정이 간단하고 열 방출을 위한 오일 채널이 있다는 것이지만, 권선 수가 많은 경우에는 적합하지 않습니다.

나선형 코일은 단단한 타이어 튜브에 여러 개의 전선을 병렬로 감아 만든 것으로, 단일 나선 구조로 감을 수도 있고, 병렬 전선의 수가 많아지면 이중 나선이나 사중 나선 구조로도 감을 수 있습니다. 여러 개의 전선을 병렬로 연결할 때는 전선의 위치를 ​​바꿔야 하는데, 그렇지 않으면 전선의 길이가 일정하지 않아 전류가 흐르게 됩니다.

연속 권선은 특수 공정을 통해 절연 실린더 또는 와이어 몰드 지지대에 하나 이상의 평선을 연속적으로 감아 여러 개의 부채꼴 모양의 와이어 세그먼트를 형성하는 방식으로 구성됩니다. 이러한 권선의 장점은 높은 기계적 강도와 우수한 방열 성능입니다. 그러나 권선 공정이 더 복잡합니다.

연속 와이어 케이크와 와이어 케이크 사이의 연결은 권선의 안쪽과 바깥쪽에 번갈아 가며 이루어지므로, 와이어 길이가 충분하기만 하면 납땜 접합부 없이 연속 권선으로 감을 수 있습니다.

삽입형 정전용량 권선은 연속 권선 와이어 케이크의 바깥쪽 내부에 세로 방향 정전용량을 갖는 전선(차폐선)을 삽입하여 형성됩니다. 삽입되는 와이어 케이크와 삽입되는 권선 수는 필요한 정전용량에 따라 결정할 수 있습니다. 차폐선에는 동작 전류가 흐르지 않으므로 일반적으로 매우 가는 전선이 사용됩니다.

삽입형 용량성 권선은 연속 권선 방식을 채택하여 꼬임 권선에 비해 용접 지점을 대폭 줄일 수 있으며, 삽입형 차폐선의 권선 수를 자유롭게 조절할 수 있어 종방향 용량을 필요에 따라 조정할 수 있습니다. 현재 110kV 이상의 대형 변압기 권선에 널리 사용되고 있습니다.

와이어 전위

변압기 전류가 클 때, 코일의 권선은 여러 개의 평행선으로 구성됩니다. 아무런 조치를 취하지 않으면 중심축 근처의 선은 짧아지고 중심축에서 멀리 떨어진 선은 길어집니다. 선의 길이와 자기장 내 위치 차이로 인해 선의 저항과 유도 리액턴스가 불균형해지고, 도체 간 전류 분포가 불균형해집니다. 전류가 도체를 따라 고르게 분포되도록 하고 추가 손실을 줄이기 위해서는 평행 도체의 위치를 ​​바꿔야 하는데, 이를 "전위"라고 합니다.