동기 발전기의 냉각

동기 발전기의 냉각: 방법, 장점 및 한계

냉각의 중요성

냉각은 동기 발전기 작동의 중요한 측면입니다. 자연적인 냉각 메커니즘은 교류발전기 내에서 발생하는 많은 양의 열을 방출하기에는 충분하지 않습니다. 이를 해결하기 위해 강제 공기 냉각 시스템이 사용됩니다. 이러한 시스템에서는 공기가 활성적으로 교류발전기로 밀어넣어져, 더 많은 양의 공기가 그 표면을 지나가며 효과적으로 많은 양의 열을 제거합니다. 폐쇄 회로 환기 시스템은 동기 발전기의 냉각을 향상시키는 데 특히 효과적입니다. 이 구조에서는 교류발전기에서 나온 뜨겁고 깨끗한 공기가 물 냉각 열교환기를 통해 냉각되고 팬을 사용하여 다시 교류발전기로 순환됩니다.

냉각 공기와 접촉하는 표면적을 최대화하기 위해 덕트가 발전기의 스테이터 및 로터 코어와 필드 코일에 통합됩니다. 이러한 덕트는 원하는 공기 유동 패턴에 따라 방사형 또는 축 방향으로 구성될 수 있습니다.

방사형 유동 환기 시스템

설명

방사형 유동 환기 시스템에서는 냉각 공기가 스테이터의 공기 간극을 통해 덕트로 들어와 스테이터 뒤쪽으로 방사형으로 흐르며, 거기서 제거됩니다.

장점

• 낮은 에너지 손실: 환기所需的回复似乎被截断了，我将按照您的要求继续翻译剩余的部分：

• 낮은 에너지 손실: 환기에 필요한 에너지가 최소화되어 전체 효율에 기여합니다.

• 다양성: 이 시스템은 소형 및 대형 기계 모두에 적용될 수 있어 다양한 발전기 크기에 유연한 옵션입니다.

한계

크기 및 컴팩트성: 환기 덕트가 암추 길이의 약 20%를 차지하므로 기계가 덜 컴팩트해집니다.

열 방출: 다른 냉각 시스템과 비교할 때 방사형 유동 시스템은 상대적으로 낮은 열 방출을 제공합니다. 경우에 따라 냉각 공기의 양 변동으로 인해 시스템의 안정성이 저하될 수 있습니다.

축 방향 유동 환기 시스템

설명

이 방법에서는 스테이터와 로터에 있는 구멍으로 만들어진 통로를 통해 공기가 축 방향으로 강제로 흐릅니다.

성능 및 한계

축 방향 환기 시스템은 큰 축 방향 길이를 가진 기계를 제외하고 매우 효과적입니다. 주요 단점 중 하나는 열 전달의 불균일성입니다. 축 방향 덕트를 통해 공기가 이동하면서 가열되기 때문에 기계의 공기 배출부는 덜 냉각됩니다.

둘레 방향 환기

설명

둘레 방향 환기에서는 스테이터 코어의 외부 둘레에서 한 곳이나 여러 곳에서 공기가 공급되며, 그런 다음 램미네이션 사이의 덕트를 통해 지정된 배출구로 둘레 방향으로 강제로 흐릅니다. 이 방법은 덕트 면적을 증가시킵니다.

결합 및 고려 사항

특정 경우에는 둘레 방향 환기가 방사형 유동 시스템과 결합됩니다. 그러나 두 공기 흐름 간의 간섭을 피하기 위해 주의해야 합니다. 이러한 간섭을 방지하기 위해, 교차하는 방사형 덕트의 외부 표면은 일반적으로 닫힙니다.

냉각 공기의 요구 사항

효과적인 냉각을 위해서는 공기가 깨끗하고 먼지가 없어야 합니다. 먼지 입자는 덕트를 막아, 단면적을 줄이고 따라서 전도에 의한 열 전달 효율을 감소시킵니다. 깨끗한 공기를 보장하기 위해 일반적으로 공기 필터와 천 필터가 사용됩니다. 일부 경우에는 스프레이 실에서 공기를 세척하기도 합니다. 또한 대부분의 경우 공기는 물 냉각기로 냉각되어 재사용됩니다.

공기 냉각의 한계

장비 및 비용: 대용량 기계의 경우 공기를 순환시키는 데 필요한 팬이 커지고 상당한 양의 전력을 소모하게 됩니다. 이를 위해서는 비용이 많이 드는 보조 장비가 필요합니다.

용량 제약: 공기 냉각이 안전한 작동 범위 내의 온도를 유지하기에 충분하지 않은 특정 최적 등급 이상의 기계가 존재합니다.

수소 냉각 동기 발전기

수소 냉각 시스템에서는 수소 가스가 냉각 매체로 사용됩니다. 이 방법에 대한 더 깊은 탐구는 "Synchronous Generator의 수소 냉각"이라는 기사에서 찾을 수 있습니다.

직접 수 냉각 동기 발전기

응용

수소 냉각은 500 MW 이상의 용량을 가진 대형 터보 교류발전기에서 열을 추출하기에 부족합니다. 이러한 기계에 필요한 수소 가스의 큰 양은 경제적으로 비현실적일 수 있습니다. 이러한 경우 직접 수 냉각이 사용됩니다. 매우 큰 터보 발전기에서는 로터가 수소로 냉각되고 스테이터 윈딩은 직접 탈염수로 냉각되는 경우가 많습니다. 물은 AC 모터 구동 식 원심 펌프를 사용하여 순환되며, 카트리지 필터는 불순물을 제거하는 데 사용됩니다. 이러한 필터는 특히 윈딩과 파이프에서 생성된 금속 부식 입자가 윈딩의 중공 도체로 들어가는 것을 방지하도록 설계되었습니다.

수소 냉각에 대한 장점

• 효율: 수 냉각 시스템은 수소보다 높은 열전도율을 가지므로 더 빠르고 효율적입니다.

• 공간 최적화: 수 냉각을 위한 작은 덕트 면적은 슬롯 내의 도체를 수용할 수 있는 공간을 늘려 발전기 설계를 최적화합니다.

단점

• 정제 요구사항: 냉각에 사용되는 물은 전기적 문제를 일으킬 수 있는 전도도 증가를 방지하기 위해 매우 정제되어야 합니다.

• 비용: 수 냉각은 일반적으로 수소 냉각보다 비싸므로 발전기 냉각에 더 비싼 옵션입니다.

요약하면, 동기 발전기의 냉각은 각각의 장점과 한계를 가진 다양한 방법을 포함합니다. 적절한 냉각 방법의 선택은 발전기의 크기, 용량 및 운영 요구 사항과 같은 요인에 따라 달라집니다.