대용량 동기 발전기 냉각 방식 특징(회전자와 고정자의 냉각 방식)

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대용량 동기 발전기는 효율적인 열 관리를 통해 안정적인 운전을 보장해야 합니다. 발전기의 냉각 방식은 발전기 효율과 수명에 직결되며, 발전기의 용량과 설계에 따라 공기 냉각, 수소 냉각, 수냉 방식 등이 사용됩니다. 이번 글에서는 대용량 발전기의 냉각 방식과 그 특징, 각 방식이 발전기에 미치는 영향을 설명하겠습니다.

1. 발전기의 냉각과 출력과의 관계

1) 발전기 출력 계산

대용량 발전기의 출력은 냉각 방식에 따라 다르며, 다음 식으로 계산됩니다.

$$
P = kD^2LN
$$

• $P$: 발전기 출력
• $k$: 냉각 계수
• $D$: 회전자 직경
• $L$: 회전자 길이
• $N$: 회전수 (rpm)

2) 정격 출력 조건에 따른 냉각 방식 비교

2. 대용량 발전기의 고정자 냉각 방식

1) 수소 냉각

• 고정자 권선과 권선 내 냉각: 수소 가스를 순환시켜 내부와 외부로 냉각합니다.
• 수소는 공기의 1/12 밀도로, 높은 열용량을 지니며, 발전기의 냉각 효율을 크게 향상시킵니다.

2) 수냉 방식

• 수냉은 공기 냉각보다 열 흡수 능력이 50배 이상 높아 대용량 발전기에서 효과적입니다.
• 직접 물을 흐르게 하여 고정자와 권선을 효율적으로 냉각합니다.

3. 대용량 발전기의 회전자 냉각 방식

1) 수소 냉각

• 수소 가스를 회전자 전자와 전도체 사이로 통과시키며 냉각합니다.
• 냉각 효율이 높고, 효율적으로 발전기의 온도를 관리할 수 있습니다.

2) 공중 급배형 수소 냉각

• 회전자의 양 끝에 설치된 공중 팬을 이용해 수소가 순환하도록 설계되어, 발전기의 온도를 일정하게 유지할 수 있습니다.

4. 냉각 방식별 특징

1) 수소 냉각 방식의 특징

• 손실 감소: 수소의 밀도가 공기보다 작아 마찰 손실이 감소합니다.
• 출력 증가: 발전기의 출력이 약 25% 증가합니다.
• 방폭이 필요 없음: 수소는 불연성이기 때문에 방폭 설비가 필요하지 않습니다.
• 고비용: 수소 냉각 설비는 초기 제작과 유지 비용이 다소 높습니다.

2) 수냉 방식의 특징

• 제작 비용 절감: 냉각 매체로 물을 사용해 비용 절감 효과가 큽니다.
• 우수한 냉각 효과: 공기보다 높은 냉각 효과를 제공합니다.
• 청정수 공급 필요: 냉각용 청정수 공급을 위해 추가적인 설비가 필요합니다.
• 부식 문제: 물 사용으로 인해 부식 및 동결 방지가 필요합니다.

대용량 동기 발전기의 냉각 방식 선택은 발전기의 성능, 운영 효율성, 안전성에 큰 영향을 미칩니다. 수소 냉각은 냉각 효율이 뛰어나고 출력 증대 효과가 있으나, 초기 설치 비용이 높고 방폭 관리가 필요합니다. 반면, 수냉 방식은 경제적이고 냉각 효율이 우수하지만, 부식 방지와 청정수 공급이 필요합니다. 발전기의 용량과 운영 환경에 맞는 적절한 냉각 방식을 선택하여 최적의 효율을 유지하는 것이 중요합니다.

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