변압기 소음 원인, 대책, 영향

변압기 소음 원인, 대책, 영향

변압기에 전압을 인가하면, 교번 하는 자속과 누설되는 자속 전류로 인해 권선이 진동하게 되며, 이로 인해 소음이 발생합니다. 철심은 인가전압의 2배에 해당하는 주파수로 진동하며, 이로 인해 발생하는 소음은 2배의 주파수의 고조파입니다. 이러한 소음은 주로 120, 240, 360 [Hz] 등의 정현파가 혼합된 형태로 나타납니다.

 

 

1. 변압기 소음의 주요 원인

변압기에서 소음이 발생하는 주된 원인은 철심의 자기 히스테리시스 현상에 의한 진동입니다. 그 외에도, 조립 부품의 불완전한 연결이나 설치 장소의 환경으로 인한 공진, 반사 소음 등이 변압기 소음을 공간으로 전달하는 방식으로 방사됩니다.

 

1-1) 규소강판의 진동에 의한 소음

 

1-2) 철심의 이음매와 성층 간의 자기력에 의한 진동 소음

· 철심의 자화 현상에 기인하는 진동 소음 - 히스테리시스 손실과 와류 손실에 의해 발생

· 철심의 이음새와 성층 간에 작용하는 자기력에 의한 진동 소음

· 고조파 전류에 의한 철심의 자화 현상에 의한 소음

· 철심 재료 제작 결함에 의한 진동 소음

· 철심 지지 구조물의 불안정에 의한 진동 소음

 

1-3) 권선 도체 간, 코일 간의 전자력에 의한 진동 소음

· 권선 도체 Coil 간의 전자력에 의한 소음

· 정전 이행 전압, 전자 이행 전압, 안정권의 떨림에 의한 소음

· 부하 변동에 의한 소음

· 규격 미달 또는 권선 재질 결함에 의한 진동 소음

· 권선 제작 결함에 의한 진동 소음

 

1-4) 냉각기의 팬, 펌프의 진동에 의한 소음

 

1-5) 부하 특성에 의한 소음

· 부하 불균형

· 고조파

· 급격한 부하 변동

· 저부하, 과부하

· 밤에 변압기의 부하가 경부하 상태일 때, 인가 전압이 상승하여 낮 시간에 비해 소음이 더 크게 들리는 현상은 자연스러운 것입니다. 이는 한전 변전소에서 공급되는 전압이 크기 때문인데, 이를 페란티 현상의 개념으로 이해하시면 좋습니다. 변압기에 인가되는 전압이 상승하면, 철심에 작용하는 자속이 증가하게 되어, 결과적으로 소음이 더 커지게 됩니다.

 

2. 변압기 소음 저감 방안

변압기의 소음을 줄이기 위한 주요 대책은 다음과 같습니다.

 

2-1) 고배향성의 규소강판 사용 - 자기 왜곡을 최소화하기 위함

2-2) 자속밀도를 낮추는 설계 및 제작 방식 채택

2-3) 철심 구조와 조임(지지) 구조에 대한 고려

2-4) 철심의 고유진동수 계산을 통한 최적화

2-5) 방음 대책 강화 - 방진 고무 설치 등

2-6) 부하 특성에 따른 소음 대응

· 안정적인 운전 유지

· 정격전압 운전 실시

· 불균형 부하의 개선

· 고조파 유입 억제 대책 마련

2-7) 기타 대책

· 변압기 주변의 차음 설계 - 차폐판, 방음벽 등의 설치

· 변압기를 큐비클 내부에 설치

 

3. 소음과 진동의 영향

소음과 진동이 미치는 주요 영향은 다음과 같습니다.

 

3-1) 운전원의 피로나 권태감을 증가시킵니다.

3-2) 집중력의 감소를 초래합니다.

3-3) 다른 정밀 기기에서 오류가 발생하는 원인이 됩니다.

3-4) 지속적인 진동과 소음은 기기의 수명을 줄입니다.

 

4. 몰드 변압기와 소음에 관한 이야기

· 몰드 변압기는 소음 생성과 서지에 약하며, 습기와 먼지에 취약한 특성을 가지고 있습니다. 이로 인해 발열과 소음이 증가하면, 변압기의 효율이 떨어지고 손실이 증가하여 변압기의 이용률이 크게 저하됩니다.

 

 

· 변압기 소음의 주된 원인은 부하 불평형, 고조파, 절연 열화, 권선 단락, 내부 이완 등이 있습니다. 설치 부하의 특성을 정확히 이해하고, 위의 규정치를 초과할 경우 원인을 파악해야 합니다.

 

· 적절한 부하 상태에서 소음이 증가하는 경우, 몰딩이나 에폭시 수지 등의 열화가 원인일 수 있습니다. 특정 시간대에 발생하는 소음은 부하에 따른 원인으로 생각할 수 있습니다. 그리고 중부하나 저부하 상태에서 소음이 증가한다면, 변압기의 점검이 필요할 수 있습니다.

 

· 변압기 소음에 대한 기준은 KS C 4311에서 750 KVA는 70 dB, 2000 KVA는 74 dB로 규정하고 있습니다. 변압기의 용량에 따라 소음 기준이 달라지므로, 상황에 맞는 여러 규정을 확인하셔야 합니다.

 

 

KS C 4311 규격 바로가기

 

 

5. 유입 변압기와 소음에 관한 이야기

유입 변압기에서 웅헹거리는 소리가 나는 것은 대체로 부하에 따른 정상적인 소음으로 간주해도 괜찮습니다. 하지만 소음이 과도하게 발생한다면, 주파수 감소, 수전 전압 상승, 고조파 유입, 단자 볼트의 느슨함 등을 의심해 볼 필요가 있습니다. 참고로, 22.9kV, 1000 kVA 등급의 변압기에서는 소음 등급이 대략 70dB 정도입니다.

 

 

공칭전압, 표준전압, 접촉전압 정의