분로 리액터의 소음과 진동

1. 개요

리액터의 소음 및 진동은 물리적인 관점에서 변압기와 유사하지만 발생, 예측 및 사양과 관련해서는 보다 심층적으로 고려할 세부 사항이 있습니다.
용량 고정형 분로 리액터는 항상 공칭 정격 부근에서 동작되며 그 결과 운전 중인 분로 리액터의 진동 및 소음은 거의 일정합니다. 분로 리액터는 변압기와 달리 무부하 및 부하 노이즈의 구분이 없습니다. 분로 리액터는 특히 야간에 경부하 전력망에서 사용되기 때문에 리액터의 소음은 변전소에서 지배적인 소음원이 될 수 있습니다.
용량 가변형 분로 리액터는 운전 중에 무효 전력의 변화가 가능합니다. 이는 리액터 출력이 증가함에 따라 소음도 자연스럽게 같이 증가한다는 것입니다. 가장 높은 소음 수준을 가진 리액터의 용량은 앞서 설명한 바와 같이 경부하 전력망에서 사용되기 때문에 고정형 분로 리액터와 동일하게 변전소에서 지배적인 소음원이 됩니다.

2. 소음원

소음은 항상 기계 구조의 진동에서 발생합니다. 구조물의 진동은 구조물 내부 또는 구조물에 작용하는 힘에 의해 발생합니다. 리액터에는 진동을 일으키는 세 가지 종류의 힘이 있습니다.

• Maxwell Forces : 자속이 흐르는 강자성 부품에 작용하는 자기력
• Lorentz Forces : 자기장 하에서 전류가 흐르는 부품에 작용하는 전자기력
• Magnetostriction Forces : 자속이 흐르는 전기 강판으로 만들어진 구성 요소에 작용하는 자기 변형력.

2.1 Maxwell Force (자기력)

Maxwell Force로 인한 진동은 일반적으로 자기 제어 분로 리액터를 제외한 모든 분로 리액터 설계에서 주소음원으로 간주됩니다. 갭이 있는 코어 타입 리액터에서 자기력은 코어 번들 사이에서 작용합니다. 진동의 모양과 크기는 a) 내재된 힘 및 b) 굽힘 강성, 관성 모멘트, 고유 진동수 및 감쇠 효과와 같은 구조물의 기계적 특성에 의해 결정됩니다. Maxwell force는 전원 주파수의 두 배가 되는 주파수로 작용합니다. 즉, 전원 주파수가 60Hz라면 Maxwell force는 120Hz 주파수에서 주로 나타납니다. 내재된 Maxwell force에 대한 구조적 응답이 선형이라고 가정한다면, Maxwell force로 인해 발생된 소음은 순전히 전원 주파수의 두 배입니다. Maxwell force는 표류 자속이 입사되는 구성 요소, 일반적으로 탱크나 자기 션트에서 추가적으로 발생합니다. 이러한 추가적인 Maxwell Force에 의한 진동도 리액터의 소음에 영향을 줄 수 있습니다.

2.2 Lorentz Force (로렌츠 힘)

Lorentz force는 전류가 흐르는 권선 도체와 권선을 통과하는 자기장 사이의 상호 작용의 결과로 권선에 주로 발생합니다. 자속의 프린징으로 인해 권선은 두 가지 방향으로 자기장 성분을 받습니다. 결과적으로 권선에서는 전류 방향에 수직인 축 방향과 권선의 반경 방향의 자기장 성분이 발생합니다. Lorentz force 또한 전원 주파수의 두 배인 주파수에서 작용합니다. Lorentz force에 대한 구조적 응답이 선형이라면, Lorentz force에 의해 생성된 소음도 전원 주파수의 두 배입니다. Lorentz force는 권선 이외에 구리 또는 알루미늄 탱크 실드와 같은 도전성 구성 요소에서도 발생하며 이는 리액터의 소음에 영향을 미칠 수 있습니다.

2.3 Magnetostriction Force (자기 변형력)

Magnetostriction force로 인한 힘은 코어 및 탱크 션트와 같이 비투 자율이 높은 전기 강판으로 만들어진 모든 구성 요소에서 크게 발생합니다. Magnetostriction은 자구 운동으로 인해 자화 상태에서 치수가 변하는 강자성 재료의 특성입니다. 이것은 크기와 방향에서 따른 자속밀도의 함수이며 매우 비선형적으로 동작합니다. 즉, 자기 변형에 의해 영향을 받는 구성 요소에서의 진동 모양과 크기는 내재된 힘 외에도 전체 기계 구조의 특성에 따라 달라집니다. Magnetostriction force로 인한 진동도 길이의 변화가 자속밀도의 부호와 무관하기 때문에 전원 주파수의 두 배에서 발생합니다. 또한 Magnetostriction의 비선형 특성으로 인해 상당한 크기의 고조파 진동이 나타납니다. 결과적으로 전원 주파수의 2배인 주파수를 기본 주파수로 하는 상당한 고조파가 리액터의 소음 스펙트럼에서 발견되면 자기 변형 효과와 관련되어 전기 강판 부품에서 발생한 것으로 볼 수 있습니다. 전기 강판의 자기 변형으로 인해 생성된 소음은 특히 더 높은 고조파와 관련하여 갭이 있는 코어 타입 분로 리액터의 설계에서 중요하거나 심지어 지배적일 수 있습니다. 자기 변형은 자속밀도와 함께 증가하기 때문에 이 설계 변수를 사용하여 설계 시, 고조파 소음을 제어할 수 있습니다.