전력 변압기 절연 고장 분석 및 처리 조치

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현재 가장 널리 사용되는 전력 변압기는 오일 절연 변압기와 건식 수지 변압기의 두 종류입니다. 전력 변압기의 절연이란, 변압기의 절연 재료들로 구성된 절연 시스템을 말하며, 이는 변압기가 정상적으로 작동하고 운영될 수 있는 기본 조건입니다. 변압기의 수명은 바로 이 절연 재료(즉, 오일과 종이나 수지 등)의 수명에 의해 결정됩니다. 실제로 대부분의 변압기 손상과 고장은 절연 시스템의 손상으로 인해 발생합니다.통계에 따르면, 다양한 유형의 절연 고장으로 인해 발생하는 사고가 전체 변압기 사고의 85% 이상을 차지합니다.정상적으로 가동되면서 주의를 기울여 유지보수가 이루어지는 변압기의 경우, 그 절연 재료는 매우 긴 수명을 가집니다.따라서 변압기의 정상적인 작동을 보호하고 절연 시스템에 대한 적절한 유지보수를 강화함으로써, 변압기의 수명을 상당히 연장할 수 있습니다. 또한 예방적이고 선제적인 유지보수는 변압기의 수명을 늘리고 전력 공급의 신뢰성을 향상시키는 데 있어 핵심적인 요소입니다. 유침식 변압기에서 주요 절연 재료는 절연유와 고체 절연 재료인 절연지, 판지, 나무 블록 등입니다. 소위 변압기 절연의 노화란 이러한 재료들이 환경 요인의 영향을 받아 분해되면서 절연 강도가 저하되거나 상실되는 것을 말합니다. 1. 고체 종이 절연 결함
고체 종이 절연은 오일에 잠긴 변압기의 절연 구성 요소 중 하나로, 절연용 종이, 절연판, 절연 패드, 절연 롤, 절연 묶음 테이프 등이 포함됩니다. 이의 주요 성분은 셀룰로오스이며, 화학식은 (C6H10O6)n입니다. 여기서 n은 중합도를 나타냅니다.일반적으로 새로운 종이의 중합도는 1300 정도이며, 이 값이 250 정도로 떨어지면 기계적 강도가 절반 이상 줄어듭니다. 극심한 노화로 인해 수명이 다하는 경우의 중합도는 150~200입니다.절연지가 노화되면 그 중합도와 인장강도가 점차 감소하며, 물, CO, CO2가 생성되고, 그 다음으로 푸르푸랄(푸란포름알데히드)도 생성됩니다.이러한 노화 생성물들은 대부분 전기 장비에 해로우며, 절연지의 절연 전압과 부피 저항률을 낮추고, 유전 손실을 증가시키며, 인장 강도를 떨어뜨리는 동시에 장비 내의 금속 재료까지 부식시킬 수 있습니다.고체 절연체는 되돌릴 수 없는 노화 특성을 가지며, 그 기계적·전기적 강도의 저하는 회복될 수 없습니다.변압기의 수명은 주로 절연 재료의 수명에 달려 있습니다. 따라서 오일 절연 변압기의 고체 절연 재료는 우수한 전기적 절연 성능과 기계적 특성을 가져야 하며, 오랜 기간 사용해도 성능이 천천히 저하되는, 즉 노화 특성이 우수해야 합니다. 1. 종이 섬유 소재의 특성
절연용 종이 섬유 소재는 오일에 담긴 변압기에서 가장 중요한 절연 구성 요소입니다. 종이 섬유는 식물의 기본적인 고체 조직 성분으로, 그 구성 물질의 분자 내에는 양전하를 가진 원자핵과 그 주위를 도는 음전하를 가진 전자가 있습니다. 금속 도체와 달리, 절연체에는 거의 자유 전자가 없으며, 절연체의 극히 적은 전기 전도도는 주로 이온의 전도 작용에 의해 발생합니다.셀룰로오스는 탄소, 수소, 산소로 구성되어 있으며, 셀룰로오스 분자 구조에 하이드록실기가 존재하기 때문에 물이 생성될 가능성이 있어 종이 섬유에 수분을 함유하는 특성이 생깁니다.또한, 이러한 수산화기는 다양한 극성 분자들(예: 산과 물)에 의해 둘러싸인 중심부로 볼 수 있으며, 이들은 수소결합을 통해 결합되어 있어 섬유가 쉽게 손상됩니다. 한편 섬유에는 보통 일정 비율(약 7% 정도)의 불순물이 포함되어 있는데, 이 불순물들 중에는 상당량의 수분도 포함되어 있습니다. 섬유가 콜로이드 성질을 가지기 때문에 이 수분을 완전히 제거하는 것은 불가능합니다.이로 인해 종이 섬유의 성능에도 영향을 미칩니다. 극성을 가진 섬유는 습기를 쉽게 흡수할 뿐만 아니라, 종이 섬유가 수분을 흡수하면 수산화기들 간의 상호작용력이 약해집니다. 이로 인해 섬유 구조가 불안정해지고 기계적 강도가 급격히 저하됩니다. 따라서 종이 절연 부품은 사용하기 전에 반드시 건조 또는 진공 건조 처리와 함께 오일이나 절연 코팅 처리를 거쳐야 합니다. 코팅 처리의 목적은 섬유가 항상 습한 상태를 유지하도록 하여 높은 절연성과 화학적 안정성, 그리고 우수한 기계적 강도를 확보하는 데 있습니다.동시에, 종이가 도료로 밀봉되면 종이의 수분 흡수를 줄일 수 있으며, 재료의 산화를 방지할 수 있다. 또한 공극을 채워서 절연 성능에 영향을 미치고 부분 방전 및 전기 파괴를 유발할 수 있는 기포를 줄일 수 있다.하지만 일부에서는 도장을 한 뒤에 다시 기름에 담그면, 일부 도료가 서서히 기름 속으로 용해되어 기름의 성능에 영향을 줄 수 있다고 보며, 이러한 종류의 도료를 사용할 때는 반드시 주의를 기울여야 한다고 합니다. 물론, 서로 다른 성분을 가진 섬유 재료의 특성이나 동일한 성분을 가진 섬유 재료라도 그 품질에 따라 그 영향의 정도와 성능도 달라집니다. 예를 들어, 면화의 경우 섬유 성분이 가장 높으며, **중간 등급의 섬유는 가장 튼튼합니다. 또한, 일부 수입된 절연 판지의 경우 처리 과정이 우수하여 국내에서 생산된 일부 판지보다 성능이 훨씬 뛰어납니다.변압기의 절연 재료는 대부분 다양한 형태의 종이(예: 종이 테이프, 종이판, 종이로 만든 압축 성형품 등)를 사용하여 절연 처리가 이루어집니다.따라서 변압기 제조 및 점검 시 적절한 섬유 원료의 절연지 재료를 선택하는 것은 매우 중요합니다.섬유지의 특별한 장점은 실용성이 높고 가격이 저렴하며 가공이 용이하다는 것입니다. 온도가 그리 높지 않을 때는 성형 및 처리가 간단하고 유연하며, 무게가 가벼우면서도 강도가 적당합니다. 또한 절연제나 변압기 오일과 같은 침투성 물질을 잘 흡수할 수 있습니다. 2. 종이 절연재의 기계적 강도
오일 절연 변압기에서 종이 절연재를 선택할 때 가장 중요한 요소는 종이의 섬유 구성, 밀도, 투과성, 균일성 외에도 기계적 강도도 고려되어야 합니다. 여기에는 인장 강도, 압축 강도, 찢김 강도, 그리고 탄성 등이 포함됩니다.
① 인장 강도: 종이 섬유가 장력을 받을 때, 끊어지지 않고 견딜 수 있는 최대 응력을 말합니다； ② 압축 강도: 종이 섬유가 압력을 견디고 부러지지 않는 능력을 측정하는 척도； ③ 파열 강도: 종이 섬유가 파열되는 데 필요한 힘이 해당 기준을 충족해야 함； ④ 강성: 종이나 판지를 접거나 구부릴 때 그 강도가 해당 요구사항을 충족하는 능력입니다. 고체 절연 성능을 판단하기 위해서는 종이나 판지의 중합도를 측정하는 방법을 사용하거나, 고성능 액체 크로마토그래피 분석 기술을 활용하여 오일 내의 푸랄알데히드 함량을 측정할 수 있습니다. 이를 통해 변압기 내부에 고장이 발생했을 때 그 원인이 고체 절연 문제인지, 아니면 코일의 절연체가 국부적으로 손상되는 저온 과열 현상 때문인지를 파악할 수 있으며, 고체 절연체의 노화 정도도 판단할 수 있습니다.종이 섬유 절연 재료를 사용할 때 운전 및 유지보수 과정에서는 변압기의 정격 부하를 적절히 조절해야 하며, 운전 환경에서 공기가 잘 순환되고 열 배출이 원활하도록 해야 합니다. 이를 통해 변압기의 온도 상승이 과도해지거나 케이스에 오일이 부족해지는 것을 방지해야 합니다.또한 오일의 오염이나 변질로 인해 섬유가 빠르게 노화되는 것을 막아야 하며, 이로 인해 변압기의 절연 성능과 수명, 그리고 안전한 작동이 손상되는 것을 방지해야 합니다. 3. 종이 섬유 재료의 열화는 주로 세 가지 측면을 포함합니다: (1) 섬유의 취성 파괴.과도한 가열로 인해 수분이 섬유 재료에서 빠져나가면, 섬유 재료의 취성은 더욱 가속화됩니다.종이가 취약해져 벗겨지면, 기계적 진동, 전기적 응력, 조작 시 발생하는 충격 등의 영향으로 절연 고장이 발생하여 전기 사고가 일어날 수 있습니다. (2) 섬유 재료의 기계적 강도가 저하됨.섬유 재료의 기계적 강도는 가열 시간이 길어질수록 저하됩니다. 변압기가 발열하여 절연 재료 내의 수분이 다시 배출될 때, 절연 저항값은 올라갈 수 있지만 기계적 강도는 **저하됩니다. 그 결과, 절연 종이는 단락 전류나 충격 부하와 같은 기계적 힘을 견딜 수 없게 됩니다. (3) 섬유 재료 자체의 수축.섬유 재료는 경화된 후 수축하여 체결력이 약해지며, 이로 인해 변형이 발생할 수 있습니다. 그 결과 변압기의 권선이 전자기 진동이나 충격 전압으로 인해 이동하면서 마찰이 생겨 절연체가 손상될 수 있습니다. 二、액체 절연 고장
액체 절연 방식을 사용하는 유입식 변압기는 1887년 미국의 과학자 톰슨에 의해 발명되었습니다. 1892년에는 미국의 제너럴 일렉트릭사 등이 이 기술을 전력 변압기에 적용하기 시작했습니다. 여기서 말하는 액체 절연이란 바로 변압기 오일을 이용한 절연 방식을 의미합니다. 1. 유입식 변압기의 특징
(1) **전기적 절연 강도가 향상되고, 절연 거리가 줄어들어 장비의 부피도 감소합니다.**
(2) **변압기의 효과적인 열 전달 및 방열 성능이 향상되며, 전선에서 허용되는 전류 밀도도 증가합니다. 또한 장비의 무게도 줄어듭니다. 이는 변압기 내부의 열을 변압기 오일의 열 순환을 통해 변압기 외부와 냉각기로 전달하여 효과적인 냉각을 가능하게 합니다.**
(3) 오일로 인한 밀폐 구조 덕분에 변압기 내부의 일부 부품들의 산화 정도가 줄어들어 수명이 연장됩니다. 2 변압기 오일의 성능 운전 중인 변압기 오일은 안정적이고 우수한 절연 성능과 열 전도 성능을 반드시 갖추어야 한다.그중 절연 강도 tg8, 점도, 응고점, 산가 등은 절연유의 주요 특성 지표입니다.석유에서 정제하여 얻은 절연유는 각종 탄화수소, 수지, 산 및 기타 불순물의 혼합물으로서, 그 성질이 모두 안정적인 것은 아니며 온도, 전기장, 광합성 등의 영향을 받아 지속적으로 산화됩니다.정상적인 상황에서는 절연유의 산화 과정이 매우 느리게 진행됩니다. 적절하게 관리한다면 20년이 지나도 여전히 양질의 상태를 유지하며 노화되지 않습니다. 하지만 유체에 섞인 금속, 불순물, 가스 등은 산화를 가속화시켜 유의 품질을 악화시키고, 색깔이 짙어지며 투명도가 떨어집니다. 또한 수분, 산가, 회분 등도 증가하여 유의 성능이 저하됩니다. 3 변압기 오일의 열화 원인 변압기 오일의 품질이 나빠지는 것은 그 심각도에 따라 오염과 열화, 두 단계로 나눌 수 있습니다.오염이란 오일에 수분과 불순물이 섞이는 것을 말하며, 이들은 오일의 산화로 인해 생기는 것이 아닙니다. 오염된 오일의 절연 성능은 악화되고, 전계 강도는 낮아지며, 유전 손실 각도는 증가합니다. 열화는 오일이 산화된 결과입니다. 물론 이 산화란 순수한 오일 내의 탄화수소가 산화되는 것만을 의미하는 것이 아니라, 오일에 존재하는 불순물들도 산화 과정을 가속화시킵니다. 특히 구리, 철, 알루미늄과 같은 금속 분말들이 그렇습니다.산소는 변압기 내부의 공기에서 유래하며, 완전히 밀폐된 변압기 내부에도 약 0.25% 정도의 산소가 존재합니다. 산소의 용해도가 높기 때문에, 기름에 용해된 가스들 중에서 상당한 비율을 차지합니다. 변압기 오일이 산화될 때, 촉매 역할을 하는 수분과 가속제 역할을 하는 열로 인해 변압기 오일에 슬러지가 생성됩니다. 이로 인한 영향은 다음과 같습니다. 전기장의 작용으로 인해 침전물 입자들이 커지며, 불순물들은 전기장이 가장 강한 곳에 집중되어 변압기의 절연체에 전류가 흐를 수 있는 ‘다리’를 형성합니다. 또한 침전물들은 균일하게 분포하지 않고 길쭉한 형태로 나타나며, 전력선의 방향에 따라 배열될 수도 있습니다. 이러한 상황은 열 배출을 방해하여 절연 재료의 노화를 촉진시키고, 절연 저항과 절연 수준을 낮추는 원인이 됩니다. 4 변압기 오일의 열화 과정 오일이 열화되는 과정에서 주요 단계에서 생성되는 물질로는 과산화물, 산류, 알코올류, 유사 물질, 그리고 슬러지가 있습니다.초기 열화 단계.기름 속에서 생성된 과산화물이 절연 섬유 재료와 반응하여 셀룰로오스 산화물을 형성하고, 이로 인해 절연 섬유의 기계적 강도가 떨어져 취성이 생기고 절연체가 수축합니다.생성된 산은 점액질 같은 형태의 지방산으로, 부식성은 무기산만큼 강하지는 않지만 그 증가 속도와 유기 절연 재료에 미치는 영향은 매우 큽니다. 후기 열화 단계.오일 슬러지가 생성되는 것입니다. 산이 구리, 철, 절연 페인트와 같은 재료들을 부식시킬 때 반응하여 오일 슬러지가 생깁니다. 이는 점성이 높고 아스팔트와 유사한 성질을 가진 중합형 전도성 물질로, 기름에 어느 정도 용해될 수 있습니다. 전기장의 작용으로 인해 빠르게 생성되어 절연 재료나 변압기 외부 표면에 달라붙거나, 오일 파이프나 냉각 장치의 열교환기 등에 침전됩니다. 이로 인해 변압기의 작동 온도가 상승하고, 내전압 성능이 저하됩니다. 기름의 산화 과정은 두 가지 주요 반응 조건으로 구성되는데, 그 중 하나는 변압기 내의 산가가 너무 높아 기름이 산성을 띠는 것입니다.두 번째로는 기름에 용해된 산화물이 기름에 녹지 않는 화합물로 변하면서 점차적으로 변압기 오일의 품질이 열화되는 것입니다. 5 변압기 오일의 품질 분석, 판단 및 유지보수 처리 (1) 절연유의 변질.그것의 물리적, 화학적 특성이 변화함에 따라 전기적 특성도 악화됩니다.절연유의 산가, 계면장력, 슬러지 침전, 수용성 산가 등의 항목을 테스트함으로써 해당 결함에 해당하는지 판단할 수 있다. 절연유를 재생 처리하면 오일 변질의 산물을 제거할 수 있지만, 처리 과정에서 천연 항산화제도 함께 제거될 수 있다. (2) 절연유에 물이 스며들어 습기가 생기는데, 이는 물이 강한 극성 물질이기 때문입니다.전기장의 작용으로 쉽게 이온화되어 분해되며, 이로 인해 절연유의 전도 전류가 증가한다. 따라서 소량의 수분만으로도 절연유의 매질 손실이 현저하게 증가할 수 있다.절연유의 미량 수분을 측정함으로써 해당 결함에 속하는지 판단할 수 있습니다.절연유에 압력식 진공 여과를 적용하면 일반적으로 수분을 제거할 수 있습니다. (3) 절연유에 미생물 및 세균이 침입한다.예를 들어, 주변전압기를 설치하거나 코어를 들어올릴 때, 절연 부품 표면에 붙어 있는 곤충이나 설치 작업자가 남긴 이물질 등은 박테리아를 운반하여 절연유에 감염을 일으킬 수 있습니다. 혹은 절연유 자체가 이미 미생물에 감염되어 있을 수도 있습니다.주변 변압기는 일반적으로 40~80℃의 환경에서 작동하는데, 이는 이러한 미생물들의 성장과 증식에 매우 유리합니다.미생물과 그 분비물에 포함된 무기질 및 단백질의 절연 성능이 절연유에 비해 훨씬 낮기 때문에, 절연유의 유전 손실이 증가하게 됩니다.이러한 결함은 현장에서 순환 처리하는 방법으로는 제대로 해결하기 어렵습니다. 왜냐하면 어떻게 처리하든 항상 일부 미생물들이 절연 고체 위에 남아 있기 때문입니다.처리 후 단기간에는 주변압기의 절연성이 어느 정도 회복되지만, 주변압기의 운영 환경이 미생물의 성장과 번식에 매우 유리하기 때문에 이러한 잔류 미생물들이 해마다 계속 성장하고 번식하여, 결국 일부 주변압기의 절연성이 해마다 저하됩니다. (4) 극성 물질을 함유한 알키드 수지 절연 페인트는 기름에 용해된다.전기장의 작용에 의해 극성 물질은 쌍극자 이완 분극이 일어나며, 교류 분극 과정에서 에너지가 소모되므로 오일의 매질 손실이 증가한다.절연 페인트는 출하 전에 경화 처리를 거치지만, 그래도 처리가 불완전한 경우가 있을 수 있습니다.주변전기 변압기가 일정 시간 동안 가동된 후, 제대로 처리되지 않은 절연 페인트가 점차 오일에 용해되면서 그 절연 성능이 서서히 떨어집니다.이러한 결함이 발생하는 시기는 절연 페인트 처리의 철저함과 관련이 있으며, 한두 번의 흡착 처리를 통해 어느 정도 효과를 얻을 수 있다. (5) 기름에는 수분과 불순물만 섞여 있습니다.이러한 오염 상황은 기름의 기본적인 성질을 변화시키지 않습니다.수분은 건조시키는 방법으로 제거할 수 있고, 불순물은 여과하는 방법으로 제거할 수 있습니다. 오일 속의 공기는 진공 처리를 통해 제거할 수 있습니다. (6) 두 가지 이상의 서로 다른 출처에서 나온 절연유를 혼합하여 사용하는 경우.오일의 성질은 관련 규정을 준수해야 하며, 밀도와 응고 온도, 점도가 동일하고 인화점도 비슷해야 합니다. 또한 혼합된 후의 오일의 안정성도 요구 사항을 충족해야 합니다.혼합된 후에 품질이 저하된 오일의 경우, 오일의 성분이 변화함에 따라 산성 물질과 슬러지가 생성됩니다. 이러한 경우에는 화학적 방법을 사용하여 품질이 저하된 물질들을 분리해내야만 오일의 원래 성질을 회복할 수 있습니다. 3. 건식 수지 변압기의 절연 및 특성
건식 변압기(여기서는 에폭시 수지로 절연된 변압기를 말함)는 화재 예방 요구사항이 높은 장소에서 주로 사용됩니다.고층 건물, 공항, 석유창고 등. 1 수지 절연의 종류 에폭시수지로 절연된 변압기는 제조 공정의 특성에 따라 에폭시-규사 혼합물 진공주입형, 에폭시 무알칼리 유리섬유 보강 진공압차주입형, 그리고 무알칼리 유리섬유 권선 침투형의 세 가지로 나눌 수 있다. (1) 에폭시 석영 모래 혼합물 진공 주조 절연.이러한 변압기는 석영모래를 에폭시수지의 충전재로 사용하는데, 절연도료에 담가 처리한 후 감아놓은 코일을 코일 주조용 금형 안에 넣고, 진공 상태에서 에폭시수지와 석영모래의 혼합물을 부어서 주조합니다.주조 공정상의 한계로 인해 기포가 남거나, 혼합물의 분포가 불균일해지며, 이로 인해 국부적인 열응력으로 인한 균열이 발생할 수 있습니다. 따라서 이러한 절연 변압기는 습한 환경이나 부하 변동이 심한 지역에서는 사용하기에 적합하지 않습니다. (2) 에폭시 무알칼리 유리섬유 보강 진공압차 주입 절연.에폭시 무알칼리 유리섬유 보강은 무알칼리 유리단섬유로 만든 유리펠트를 권선층 간 절연을 위한 외층 절연포로 사용하는 방식입니다.가장 바깥쪽의 절연 피복 두께는 보통 1~3mm 정도의 얇은 절연층이며, 이를 에폭시 수지와 혼합한 뒤 고진공 상태에서 기포를 제거하며 주입합니다. 절연층이 매우 얇기 때문에 함침이 불량할 경우 국부적인 방전 지점이 생기기 쉽습니다. 따라서 수지를 완전히 혼합하고 진공 상태에서 기포를 철저히 제거하는 것은 물론, 수지의 낮은 점도와 주입 속도도 적절히 조절하여 주입 과정에서 코일이 양질로 함침되도록 해야 합니다. (3) 알칼리가 없는 유리섬유로 감싸서 절연 처리함.무알칼리 유리섬유로 감싸고 침지 처리를 하는 변압기는 변압기 코일을 감는 동시에 코일층 간의 절연 처리와 코일 침지가 이루어집니다. 이 방식에서는 앞서 언급된 두 가지 침지 과정에서 필요한 코일 성형 금형이 필요하지 않습니다. 다만, 수지의 점도가 낮아야 하며, 코일을 감고 침지하는 과정에서 수지에 미세한 기포가 남아 있어서는 안 됩니다. 2. 수지 변압기의 절연 특성 및 유지보수 수지 변압기의 절연 수준은 오일 절연 변압기와 크게 다르지 않으며, 중요한 것은 수지 변압기의 온도 상승과 부분 방전이라는 두 가지 지표입니다. (1) 수지 변압기의 평균 온도 상승 수준은 오일 침적 변압기보다 높으므로, 이에 따라 절연재료의 내열 등급도 더 높아야 한다. 그러나 변압기의 평균 온도 상승은 권선 내에서 가장 뜨거운 부위의 온도를 반영하지 않기 때문에, 절연재료의 내열 등급을 오직 평균 온도 상승만을 기준으로 선택하거나 부적절하게 선정하거나, 혹은 수지 변압기가 장기간 과부하 상태로 운전될 경우 변압기의 사용 수명에 영향을 미치게 된다. 변압기의 온도 상승률을 측정하는 것만으로는 변압기의 가장 뜨거운 부분의 온도를 파악하기 어렵습니다. 따라서 가능하다면, 변압기가 최대 부하 상태에서 작동할 때 적외선 온도계를 사용하여 수지 변압기의 가장 뜨거운 부분을 확인한 다음, 팬식 냉각 장치의 방향과 각도를 조절함으로써 변압기의 특정 부분의 온도 상승을 억제하여 변압기가 안전하게 작동할 수 있도록 해야 합니다. (2) 수지 변압기의 부분 방전량은 변압기의 전계 분포, 수지의 혼합 균일성, 그리고 기포나 수지의 균열이 남아 있는지 여부와 같은 요인들과 관련이 있습니다. 부분 방전량의 크기는 수지 변압기의 성능, 품질, 그리고 사용 수명에 영향을 미칩니다.따라서 수지 변압기의 부분 방전량을 측정하고 검수하는 것은 그 제조 공정과 품질에 대한 종합적인 평가입니다. 수지 변압기를 인도받거나 대수리를 마친 후에는 반드시 부분 방전 측정을 실시해야 하며, 부분 방전량의 변화 여부를 통해 그 품질과 성능의 안정성을 판단할 수 있습니다. 건식 변압기의 사용이 점점 더 확대됨에 따라, 변압기를 선택할 때는 그 공정 구조와 절연 설계, 절연 구성에 대해 충분히 이해해야 합니다. 또한, 생산 공정과 품질 관리 체계가 잘 갖춰져 있고, 기술적 성능이 신뢰할 수 있는 제품을 선택해야 합니다. 이를 통해 변압기의 품질과 내열 수명을 보장함으로써, 변압기의 안전한 운영과 전력 공급의 신뢰성을 높일 수 있습니다. 넷, 변압기 절연 고장에 영향을 미치는 주요 요인들 변압기의 절연 성능에 영향을 미치는 주요 요인으로는 온도, 습도, 오일 보호 방식, 그리고 과전압의 영향 등이 있습니다. 1. 온도의 영향: 전력 변압기는 오일과 종이로 절연되어 있으며, 다른 온도에서는 오일과 종이 내의 수분 함량이 각기 다른 평형 관계 곡선을 보입니다.일반적으로 온도가 상승하면, 종이 내의 수분이 오일 쪽으로 이동합니다. 반대로, 온도가 낮아지면 종이가 오일 속의 수분을 흡수하게 됩니다.따라서 온도가 높을 때는 변압기 내의 절연유에 포함된 미량의 수분 함량이 많아지고, 반대로 온도가 낮을 때는 그 함량이 적어집니다. 온도에 따라 셀룰로스의 고리가 열리고 사슬이 끊어지며 기체가 생성되는 정도가 달라집니다.일정한 온도에서는 CO와 CO₂의 생성 속도가 일정하므로, 오일 내의 CO와 CO₂ 가스 함량은 시간에 따라 선형적인 관계를 보입니다.온도가 계속 상승할 때, CO와 CO₂의 생성 속도는 일반적으로 지수적으로 증가한다.따라서 오일 내 CO와 CO₂의 함량은 절연지의 열적 노화와 직접적인 관계가 있으며, 이 함량 변화를 밀봉형 변압기 내 절연지층에 이상이 있는지 없는지 판단하는 기준 중 하나로 활용할 수 있다. 변압기의 수명은 절연체의 노화 정도에 달려 있으며, 절연체의 노화는 운전 온도에 의해 결정됩니다.정격 부하 상태에서 오일침지식 변압기의 권선 평균 온도 상승폭은 65℃이며, 가장 뜨거운 지점의 온도 상승폭은 78℃입니다. 만약 주변 환경 온도가 20℃라면, 가장 뜨거운 지점의 온도는 98℃가 됩니다. 이 온도에서는 변압기가 20~30년 동안 정상적으로 작동할 수 있습니다. 하지만 변압기가 과부하 상태로 작동하면 온도가 더욱 상승하여 수명이 단축됩니다.국제전기기술위원회(IEC)에 따르면, A급 절연을 사용하는 변압기의 경우 80~140°C 온도 범위 내에서 온도가 6°C씩 상승할 때마다 변압기 절연의 유효 수명이 절반으로 줄어든다고 합니다. 이것이 바로 ‘6°C 법칙’이며, 이는 열에 대한 제한 기준이 과거에 인정되었던 8°C 법칙보다 더 엄격해졌음을 의미합니다. 2 습도의 영향 수분의 존재는 종이 셀룰로오스의 분해를 가속화합니다.따라서 CO와 CO₂의 생성은 셀룰로오스 재료의 수분 함량과도 관련이 있습니다.습도가 일정할 때, 수분 함량이 높을수록 분해되는 CO₂의 양이 많아집니다.반대로, 수분 함량이 낮을수록 분해되는 CO의 양이 많아집니다. 절연유 내의 미량 수분은 절연 특성에 영향을 미치는 중요한 요인 중 하나입니다.절연유 내에 존재하는 미량의 수분은 절연 매체의 전기적 특성과 물리화학적 특성에 심각한 해를 끼칩니다. 수분은 절연유의 스파크 방전 전압을 낮추고, 매체 손실 계수 tgδ를 증가시켜 절연유의 노화를 촉진하며, 절연 성능을 악화시킵니다.또한 장비가 습기에 노출되면, 전력 장비의 작동 신뢰성과 수명이 저하될 뿐만 아니라, 장비가 손상되거나 심지어 인체 안전에 위험이 생길 수도 있습니다. 3. 오일 보호 방식의 영향: 변압기 오일 내 산소의 작용은 절연체의 분해 반응을 가속화시키는데, 이때 산소 함량은 오일 보호 방식에 따라 달라진다.또한, 풀 보호 방식에 따라 CO와 CO₂가 오일 내에서 용해되고 확산되는 양상이 달라집니다.CO의 용해도가 낮아 개방형 변압기 내의 CO가 오일 표면 공간으로 쉽게 확산되므로, 일반적으로 개방형 변압기의 CO 부피 분율은 300x10-6을 초과하지 않습니다.밀폐형 변압기는 오일면과 공기가 절연되어 있어 CO와 CO₂가 쉽게 증발하지 않기 때문에 그 함량이 높습니다. 4 과전압의 영향 ① 과도적 과전압의 영향.삼상 변압기가 정상적으로 작동할 때 상간 및 지간 전압은 상간 전압의 58%입니다. 그러나 단상 고장이 발생하면, 중성점 접지 시스템에서는 주절연체에 걸리는 전압이 30% 증가하고, 중성점 비접지 시스템에서는 73% 증가하여 절연체가 손상될 수 있습니다. ② 낙뢰 과전압의 영향.번개에 의한 과전압은 파형의 경사가 급격하기 때문에, 직렬 절연(교차 절연, 병렬 절연) 부분에서 전압 분포가 매우 불균일해집니다. 이로 인해 절연체에 방전 흔적이 남을 수 있으며, 그 결과 고체 절연체가 손상될 수 있습니다. ③ 동작 과전압의 영향.동작 과전압의 파형이 상당히 완만하기 때문에, 전압 분포는 거의 선형적입니다. 동작 과전압 파형이 한 권선에서 다른 권선으로 전달될 때, 그 크기는 두 권선 사이의 권수에 비례합니다. 이로 인해 주 절연체나 상간 절연체가 손상되거나 악화될 수 있습니다. 5 단락 전동력의 영향: 출구가 단락될 때 발생하는 전동력으로 인해 변압기의 권선이 변형되거나 리드선이 이동할 수 있습니다. 이로 인해 기존의 절연 거리가 변하고, 절연체가 과열되어 노화가 가속화되거나 손상을 입어 방전, 아크 발생 및 단락 고장이 일어날 수 있습니다. 위에서 살펴본 바와 같이, 전력 변압기의 절연 성능과 적절한 운영 및 유지보수는 변압기의 안전한 작동, 수명, 그리고 전력 공급의 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 전력 변압기는 전력 시스템에서 매우 중요하고 핵심적인 장비입니다. 따라서 변압기를 운영하고 관리하는 사람들은 반드시 전력 변압기의 절연 구조, 재료의 특성, 제조 품질, 유지보수 방법, 그리고 과학적인 진단 기술을 이해하고 숙지해야 합니다. 이를 통해 전력 변압기의 효율적인 사용과 수명, 그리고 전력 공급의 신뢰성을 보장할 수 있습니다. http://bbs.bjx.com.cn/data/attachment/forum/201611/03/13240151ecchb158w2ehe1.jpg