이는 주변 온도가 45°C에 도달하고 변압기가 예상보다 더 뜨겁게 작동하는 엔진실에 서 있기 전까지는 간단해 보이는 질문 중 하나입니다. 저는 소형 작업선부터 대형 해양 선박까지 모든 선박에 해양 변압기를 공급해 왔으며 냉각 방법은 단순한 사양이 아니라 생존 요구 사항입니다.
이러한 변압기가 어떻게 시원함을 유지하는지, 그리고 그것이 다른 어느 곳보다 바다에서 더 중요한 이유에 대해 이야기해 봅시다.
선박에서 냉각이 더 중요한 이유
변압기는 열을 발생시킵니다. 언제나. 권선을 통해 흐르는 전류로 인한 구리 손실, 자기 순환으로 인한 코어 손실 등 모두 어딘가로 이동해야 하는 열 에너지로 전환됩니다. 육지에서는 대개 간단합니다. 변압기를 통풍이 잘 되는 방이나 실외에 두고 공기가 제 역할을 하도록 하십시오.
배에서는 아무것도 간단하지 않습니다. 엔진룸의 주변 온도는 매우 높을 수 있습니다. 공기는 종종 염분을 함유하고 습합니다. 공간은 미터가 아닌 센티미터 단위로 측정됩니다. 그리고 변압기가 과열되면 교체품을 가져오기 위해 트럭을 부르는 것이 아니라 선박이 필수 전력을 잃은 이유를 선장에게 설명하는 것입니다.
냉각 방법 언어 - 그 문자의 의미
특정 방법을 살펴보기 전에 표준 명명법을 해독해 보겠습니다. 모든 냉각 방법은 4자리 코드로 설명됩니다.
- 첫 번째 문자: 내부 냉각수(오일은 O, 공기는 A)
- 두 번째 문자: 내부 냉각수 순환 방식(N은 자연 대류, F는 강제 대류)
- 세 번째 문자: 외부 절삭유(A는 공기, W는 물)
- 네 번째 문자: 외부 절삭유 순환 방식(N은 자연, F는 강제)
따라서 ONAN은 Oil Natural Air Natural을 의미합니다. 팬이나 펌프가 없는 고전적인 오일 충전 변압기입니다. OFWF는 수냉식 열 교환기를 통해 오일을 이동시키는 Oil Forced Water Forced-pump를 의미합니다.
공기 냉각 - 간단한 접근 방식
자연 공기(AN).일부더 작은 해양 변압기, 특히 에어컨이 설치된 공간에서 보조 부하를 제공하는 제품은 자연 공기 냉각을 사용합니다. 변압기는 대류를 통해 열을 운반하기 위해 주변 공기에 의존합니다. 팬도 없고, 움직이는 부품도 없고, 유지 관리도 필요하지 않습니다.
캐치는 용량입니다. 자연 공기 냉각은 kVA 등급이 더 낮고 주변 온도가 적절한 경우에만 작동합니다. 환기가 잘 안되는 뜨거운 엔진룸에 AN 변압기를 놓으면 곧 교체하게 됩니다.
강제 공기(AF).팬을 추가하면 냉각 용량이 크게 늘어납니다. 권선과 코어를 통해 공기가 불어와 열을 더 빠르게 전달합니다. 팬은 일반적으로 권선 온도에 따라 켜지고 꺼지기 때문에 지속적으로 작동하지 않습니다.
선박에서 강제 공기 냉각을 수행하려면 여과에 주의가 필요합니다. 엔진룸 공기에는 오일 미스트, 염분 및 미립자가 포함되어 있습니다. 변압기 권선에 직접 불어 넣으면 전도성 오염 물질로 절연체를 코팅하게 됩니다. 좋은 디자인은 필터링된 흡입 공기를 사용하거나 더 깨끗한 공간에서 공기를 끌어옵니다.
오일 냉각 - 주력 제품
최대중대형 해양 변압기기름이 가득 차 있습니다. 오일은 이중 역할을 합니다. 즉, 단열과 냉각이 가능합니다.
ONAN-오일 내추럴 에어 내추럴.이것이 기준선입니다. 권선과 코어에서 주변 오일로 열이 전달됩니다. 뜨거운 오일은 탱크 상단으로 올라가 탱크 벽이나 라디에이터 패널에 닿습니다. 자연적으로 순환하거나 선박의 환기와 함께 이동하는 주변 공기는 열을 제거합니다.
ONAN은 간단하고 안정적이며 완전히 수동적입니다. 펌프도, 팬도, 제어 장치도 없습니다. 많은 해양 응용 분야에서 이것이 바로 여러분이 원하는 것입니다. 바다에서 실패하는 일이 줄어드는 것입니다.
ONAF-석유 천연 공기 강제.ONAN이 충분하지 않으면 팬을 추가하세요. 오일은 여전히 자연적으로 순환하지만 팬이 라디에이터 위로 공기를 불어 넣어 열 전달을 증가시킵니다. 이를 통해 ONAN 단독에 비해 변압기 용량을 30% 이상 늘릴 수 있습니다.
공간 제약으로 인해 정격이 일반적으로 요구하는 것보다 더 작은 탱크를 필요로 하는 선박에서 ONAF 변압기를 본 적이 있습니다. 팬은 소형화로 인해 손실된 용량을 다시 구매합니다.
OFAF-석유 강제 공군.여기에서는 펌프가 라디에이터를 통해 오일을 능동적으로 순환시키는 동시에 팬이 라디에이터 위로 공기를 불어넣습니다. 이는 선박의 주 추진 드라이브나 대형 호텔 부하에 전력을 공급하는 일종의 변압기와 같은 심각한 전력 수준을 위한 것입니다.
단점은 복잡성입니다. 펌프에는 전원, 제어 및 유지 관리가 필요합니다. 그러나 최소 설치 공간에서 최대 kVA가 필요한 경우 OFAF가 이를 제공합니다.
OFWF-석유 강제 물 강제.이것은 무거운 기중기입니다. 펌프는 열교환기를 통해 오일을 순환시키고, 반대편에서는 바닷물이 순환합니다. 물의 열전도율은 문자 그대로 물 밖으로 공기를 불어냅니다. OFWF는 컴팩트한 패키지로 막대한 열 부하를 처리할 수 있습니다.
OFWF가 전력 수요가 높은 해양 플랫폼과 대형 선박에 사용되는 이유는 공기 냉각이 불가능한 곳에서 작동하기 때문입니다. 그러나 냉각 루프에 바닷물이 유입되므로 부식 방지 소재, 세심한 유지 관리 및 누출 감지가 타협할 수 없습니다.
수냉 - 직접 및 간접
일부 특수 해양 변압기는 수냉식을 직접 사용합니다.
간접 수냉더 일반적입니다. 변압기는 오일로 채워져 있으며 오일은 수냉식 열교환기를 통과합니다. 이는 본질적으로 OFWF이며 해수를 사용할 수 있는 고전력 애플리케이션의 표준입니다.
직접 수냉-물이 속이 빈 도체를 통해 순환하는 곳이 존재하지만 해양 실습에서는 드뭅니다. 변압기 내부에서 누수가 발생할 위험은 대부분의 운전자가 편안하게 느끼기에는 너무 높습니다. 사용되는 경우 일반적으로 중복 안전 시스템을 갖춘 매우 높은 전력의 특수 애플리케이션에 사용됩니다.
선택을 이끄는 요인
전력 등급이 출발점입니다. 작은 보조 장치? 공기 냉각은 괜찮습니다. 주 추진 변압기? ONAF 또는 OFWF를 보고 계십니다.
선박에서는 공간 제약이 매우 중요합니다. 넉넉한 크기의 ONAN 변압기를 위한 공간이 있다면 이것이 가장 신뢰할 수 있는 선택인 경우가 많습니다. 좁은 공간에 전력을 공급하는 경우 강제 냉각을 통해 설치 공간을 다시 확보할 수 있습니다.
주변 조건은 무시할 수 없습니다. 에어컨이 설치된 기계 공간의 변압기는 엔진실 열에 노출된 변압기보다 수명이 더 쉽습니다. 냉각 방법은 평균이 아닌 최악의 환경을 고려해야 합니다.
중복 요구 사항에 따라 선택이 결정되는 경우도 있습니다. 중요한 응용 분야의 경우 ONAN 냉각을 사용하는 여러 개의 소형 변압기가 강제 냉각을 사용하는 하나의 대형 장치를 능가할 수 있습니다. 대형 장치에서 팬이 작동하지 않으면 용량이 손실되기 때문입니다. 여러 개의 작은 장치는 n-1 중복성을 제공합니다.
내가 해양 엔지니어들에게 말하는 것
누군가 나에게 냉각에 관해 물을 때해양 변압기, 로드 프로필부터 시작합니다. 어떤 환경에서 얼마나 많은 전력을, 얼마나 오랫동안 사용합니까?
그런 다음 실패 모드에 대해 묻습니다. 팬이 멈추면 변압기가 포트까지 감소된 부하에서 살아남을 수 있습니까? 펌프가 고장나면 대기 상태가 되나요? 해수 냉각이 중단되면 가동을 중단하기까지 얼마나 걸리나요?
답변이 디자인을 주도합니다. 일부 선박의 경우 넉넉한 마진을 갖춘 단순한 ONAN이 올바른 호출이며 단일 실패 지점이 없고 단지 수동적 신뢰성입니다. 다른 경우에는 전력 밀도 때문에 강제 냉각이 필요하므로 이에 맞춰 제어 및 모니터링을 설계합니다.
중요한 것은 방법을 임무에 맞추는 것입니다. 단해 페리의 변압기는 몇 달 동안 바다에 머무는 드릴쉽의 변압기와 요구 사항이 다릅니다. 우리는 그에 따라 디자인합니다.
해양 변압기를 지정하고 냉각 옵션에 대해 이야기하고 싶다면(효과가 있는 것과 그렇지 않은 것, 절충안이 실제로 무엇을 의미하는지) 대화를 나눌 수 있어서 기쁩니다. 바다는 용서할 수 없습니다. 이에 대비하여 장비가 준비되어 있어야 합니다.
참고자료
- IEC 60076-2, *전력 변압기 – 제2부: 액체 침지 변압기의 온도 상승*.
- IEEE Std C57.12.00, 액체 침수 배전, 전력 및 조절 변압기에 대한 표준 일반 요구 사항.
- 해양 선박 건조 및 분류에 대한 ABS 규칙, 4부, 8장(전기 시스템).
