변압기 소음
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1. 변압기 소음원
1) 변압기에 전압을 인가하면 교번자속의 변동과 누설되는 자속, 전류에 의한 권선의 진동 등에 의하여 소음이 발생한다.
2) 이 소음의 크기는 무부하시 가장 크고, 경부하시에 작다.
3) 변압기의 철심은 인가전압 주파수의 2배에 해당하는 주파수로 진동하므로 소음은 2배 주파수의 고조파로 구성된다.
따라서 보통 120Hz, 240Hz, 360Hz 등의 정현파가 섞인 소음이라 할 수 있다.
4) 60Hz 소음은 잘 지각되지 않으며, 480Hz 이상의 성분은 공기와 구조물에 의하여 잘 흡수되므로, 실제적인 소음의 주성분은 120Hz, 240Hz, 360Hz 대역이라고 할 수 있다.
5) 또한 냉각 팬, 펌프 등의 운전에 따른 소음, 탱크, 방열기, 부속기구 등의 공진에 의한 소음도 있으며, 옥내에 설치된 변압기는 벽의 반사에 의한 소음 및 건축물의 공진도 있다.
6) 우리나라 소음환경기준은 국제표준화기구(ISO)의 주거환경과 작업능률 및 기타 사회활동에서 가장 적합한 소음권고 기준에 근거하여 환경정책기본법에 규정되어 있다.
7) 또한 국토이용관리법(도시지역은 도시계획법)의 지역구분에 따라 전국을 4개 지역으로 구분하여 시간대별 차등 설정되어 있다.
2. 소음원에 대한 대책
변압기의 공진을 방지하는 데는, 우선 소음원에서 나오는 음의 상태를 알고 그것을 기초로 저감 대책을 강구하여야 한다.
1) 개체전달에 의한 것은 방진구조에 의해 진동전파를 차단한다.
2) 공기전달에 의한 것은 소음의 전달경로 중 반사물을 설치하여 소음전파를 차단, 소음의 전달경로 중 흡음재료를 사용하여 전달되는 소음 에너지를 감쇠 시킨다.
일반적으로 변압기에 대한 소음 저감은 변압기 제작사에 의해 이루어지며,
방진, 차음, 흡음의 3가지 방법을 적당히 조합해서 소음을 저감한다.
가. 자속밀도의 저감
자속밀도를 저감하면 0.1Wb/m2 당 2dB~3dB(A)정도의 소음저하가 기대된다.
이 방법은 음원 소음레벨 저하의 근본적인 방법이지만 자속밀도의 약 3/4제곱에 역비례해서 변압기가 커지고 고가가 되므로, 경제적인 면에서 조금이라도 소음저감을 필요로 하는 경우에만 사용되는 것이 보통이고 자속밀도 저감에 의한 소음의 저감은 10% 정도이다.
나. 고 자속밀도 규소강대의 사용
고 자속밀도의 규소강대를 개발하여 사용함으로써 종래의 변압기보다 2dB~4dB(A)정도의 소음저하를 기대할 수 있다.
다. 방음벽에 의한 변압기의 차폐
음원인 변압기 탱크에 방음차폐를 하는 것은 유효한 방법으로써 일본에 행하고 있는 소음저감 대책이다.
방음벽의 구조는 변압기 제작자에 따라 명칭, 분류, 구조 및 감음량도 각각 달라서 명확히 분류하는 것은 곤란하지만 분류방법에 따라 조립식 철판 방음벽, 조립식 콘크리트 판넬 방음벽, 콘크리트 방음벽 등이 있다.
1) 조립식 철판 방음벽
이중 탱크식 철판방음탱크 등의 명칭으로 부르고 있으며 투과손실을 크게 하기 위해서 구조강도용 철판을 이용하며 내면에 흡음재를 부착한 구조로 하고 변압기 탱크 바깥주위에 적당한 공간을 두어 탱크 표면의 일부 또는 전면을 차폐하는 방식으로서 통상수개로 나누어진다.
일반적으로 철판의 두께를 넓혀 벽의 면적밀도를 늘리면 투과손실이 증가하지만 투과손실은 이론적으로 면적밀도의 대수적인 관계로 증가한다.
철판의 두께를 단순히 두껍게 하는 대신에 철판을 이중으로 하여 효과적으로 감음량을 증가시키는 방음벽 구조를 생각할 수 있다.
이것을 조립식 철판이중벽이라 부른다. 조립식 철판이중벽에서는 탱크측면만이 아니라 상부면도 전부 방음벽으로 에워싼 전폐구조로 제작하기도 한다.
2) 조립식 콘크리트 판넬 방음벽
콘크리트는 비중이 약 2.3으로 강판의 약 30%이지만, 두꺼운 벽을 비교적 용이하게 제작할 수 있다는 점과 변압기 방음벽 재료로서 효과가 크다는 점을 이용하여 콘크리트와 철판을 조합해서 사용한다.
이것을 수개의 판넬로 분해, 조립하는 구조를 조립식 콘크리트 판넬 방음벽이라 한다.
조립식 콘크리트 판넬 방음벽은 철판에 비해서 공진을 반사 할 수 있고 콘크리트와 철판의 경계면에서 음의 반사가 있으며 감음량은 약 15dB~30dB(A)정도이다.
3) 콘크리트 방음벽
콘크리트 방음벽은 전폐식 콘크리트 방음벽 혹은 건물식 콘크리트 방음벽이라고도 부르는데 변압기 주위와 상부를 콘크리트 방음벽으로 덮고 변압기에 설치되어 있는 부싱 및 방압변은 콘크리트 방음벽을 관통하여 외부로 돌출하고 있는 구조다.
또 냉각기가 존재할 때 냉각기는 콘크리트 방음벽 외에 따로 설치되어 변압기를 제외한 송유관은 콘크리트 방음벽을 관통해서 설치하고 송유자냉식, 송유풍냉식 또는 저소음화 된 냉각기와 조합된 것이 일반적이다.
라. 변압기의 차음벽(遮音壁) 설계
변압기를 옥외에 설치할 경우 부지경계까지 감쇠량 이상으로 소음을 저감시킬 필요가 있을 때 이에 대한 대책으로 차음벽이 있다.
이것은 음파가 벽의 정면 및 측면의 끝부분을 회절할 때의 감쇠에 의해 방음효과를 얻는 것으로 실용효과는 약 15dB(A)정도이다