변압기 및 리액터의 진동 및 소음 제어

1. 소음 문제

전력망이 복잡해지고의 신재생 발전 및 분산전원 등으로 전력망이 더 커지고 강력해짐에 따라, 기존에 도심 외곽 등에 설치되었던 송변전 설비들이 점차 도심 등 우리의 생활 반경 가까이에 설치되고 있습니다. 이에 따라 안전 문제 뿐만 아니라 소음 관련 민원도 꾸준히 증가하고 있는 추세입니다. 이러한 추세 및 민원 해결을 위해 한국전력과 같은 유틸리티들은 송변전 설비의 소음 기준을 낮추고 있으며, 송변전 설비 제조업체들은 저소음 기술 및 제품 개발에 노력을 하고 있습니다.
 

 

2. 진동 제어 기본

2.1 고유진동수 (Natural Frequency)

모든 방진 패드/재료, 구성 요소 및 시스템에는 고유 진동수 fn이 있습니다. 진동 방지 패드의 경우 고유 진동수 fn은 패드 재료의 강성 K와 지지하는 하중의 질량 M에 따라 달라집니다. 점탄성 재료에서 fn은 실제 재료뿐만 아니라 두께와 모양으로도 정의됩니다(형상 계수 참조). ACC는 재료의 동적 조건에서 다양한 두께의 고유 진동수를 정의했습니다.

2.2 감쇠 (Damping)

감쇠는 일반적으로 낮은 등급의 열 형태로 에너지를 방출하여 소산시키는 것입니다. 손실 계수는 재료의 감쇠 수준을 수량화하며, 이는 시스템에서 소산되는 에너지 대 시스템에 저장된 에너지의 비율입니다.
공기로 채워진 폐쇄 셀 구조로 인해 코르크는 고무보다 더 높은 손실 계수를 가지며 이는 감쇠 기능과 에너지 소산에 필수적입니다. 고유한 압축성 및 회복 특성을 지닌 특정 폴리머 포뮬레이션과 코르크의 포함은 에너지를 흡수하여 높은 재료 손실 계수를 생성합니다.

2.3 진동 절연 (Vibration Isolation)

진동 절연 시스템의 성능은 시스템의 투과율, 시스템으로 들어가는 에너지 대 시스템에서 나오는 에너지의 비율에 의해 결정됩니다. 진동 제어 설계의 목표는 시스템의 방해 주파수를 절연 영역에 두는 것입니다. 절연 시스템의 감쇠량은 시스템의 피크 전달율(fn) 높이를 결정합니다. 감쇠가 증가함에 따라 이 피크 값은 감소합니다.
특정 진동 제어 재료는 상당한 재료 손실 요인을 나타내어 공진(fd=fn) 시, 더 낮은 증폭을 초래하여 광범위한 주파수 영역에서 동작 효율성을 제공합니다.

2.4 형상 계수 (Shape Factor)

형상 계수는 하중 영역과 주변 표면의 합 영역의 비율로 정의되는 진동 방지 패드의 형상에 대한 기하학적인 측정입니다. 정확한 강성을 얻기 위해서는 형상 계수의 올바른 설계가 중요합니다.
고무는 비압축성으로 간주되기 때문에 압축된 부피를 대체할 공간이 필요하지만, 코르크 고무는 자체 내부의 코르크 압축으로 인해 부피가 훨씬 작아(낮은 포아송 비), 더 넓은 형상 계수의 오차를 허용함으로써 설계 견고성에 영향을 미칩니다.

 

3. 진동 제어 구조 설계

진동 제어 구조 설계시에는 시스템에 대한 주의 깊은 분석이 중요합니다. 오일 질량, 앵커링을 통해 유입된 하중 또는 진동 방지 패드의 전체 시트 응력에 영향을 줄 수 있는 연결부 하중과 같은 특별한 하중을 고려해야 합니다.
일반적으로 하중 변동과 장기간의 크립 효과(Creep effect)를 고려하여 재료 응력 범위의 하단에 대해 가능한 설계를 합니다. 

 

3.1 본체 분리 설계

변압기 및 리액터 제조업체에는 고유한 설계 및 클램핑 요구사항이 있으며 이를 제품 전체에 적용하기 때문에 모든 설계를 고유하게 평가해야 합니다. 클램핑 지점에서 적절한 디커플링은 내부 진동 패드의 효율성을 크게 향상시켜 변압기 및 리액터의 본체에서 탱크로의 측면 경로를 방지합니다. 

 

코어 클램핑 디커플링 메커니즘
1) 활성 부품과 탱크 사이의 모든 연결 지점 식별 
2) 운송 또는 조립을 위한 연결부의 하중을 평가
3) 금속 대 금속 구조물 연결을 제거하고 진동 절연 재료를 추가

 

3.2 구조적 감쇠 설계

구조적 감쇠는 기계적 에너지(진동)를 낮은 등급의 열로 변환하는 수단을 제공합니다. 올바르게 구현하면 소음을 크게 줄일 수 있습니다.
CLD의 두께는 탱크 벽에 의해 정의됩니다. 최적화된 설계에서 CLD 두께는 탱크 벽 두께와 유사해야 합니다. 벽이 너무 얇으면 효과가 미미하거나 전혀 효과가 없습니다. CLD는 탱크 내벽에 구현해야 합니다. 

 

압축층 댐퍼(CLD: Constraint Layer Damper)
1) 진동 진폭 및 소음이 가장 높은 모든 탱크 벽 영역 식별
2) 벽 면적의 약 50%에서 기계적 제약의 기능으로 CLD 영역을 정의
3) CLD를 명목상 10%로 압축하는 클램핑 메커니즘 설계

 

자기 션트가 있는 변압기나 리액터에서 자기 션트가 있는 벽은 탱크 내부 벽에 대해 CLD의 압축 요소 역할을 할 수 있습니다.