변압기의 과부하 운전과 수명

변압기의 과부하운전과 수명 1. 과부하운전이 변압기에 주는 영향 가. 일반적인 영향 변압기 수명은 과전압, 계통 단락 및 비상 과부하운전과 같은 돌발사고에 대부분영향을 받는다. 이런 것들이 별개로 일어나든 복합적으로 일어나든 그후의 변압기 수명에 결정적으로 영향을 주는 요인은 다음과 같다 ○사고의 가혹성(크기 및 지속시간) ○변압기 설계 ○변압기 여러부분의 온도 ○절연물이나 절연유중의 수분 함유량 ○절연물이나 절연유중의 산소 및 그외 가스 함유량 ○이물질의 수량, 크기 및 종류 변압기의 정상적인 수명은 정격 운전조건과 정상 주위온도하에서 연속운전하는 경우에 대한 예상값이다. 과부하 또는 정격보다 높은 주위온도로 운전하는 것은 어느정도 위험과 열화 가속과 관계된다. 나. 과부하 운전의 영향 정격을 초과하여 부하를 걸 경우의 결과는 다음과 같다. ○권선, 지지물, 리드선, 절연물 및 절연유의 온도가 허용치 이상으로 상승할수 있다. ○누설 자속밀도의 증가로 금속부분에 와전류가 흘러 금속부가 가열된다 ○온도변화에 따라 절연물이나 절연유내의 수분이나 가스량이 변한다. ○부싱, 탭절환기, 케이블 종단접속부 및 변류기에 보다 높은 스트레스가 가해져서 설계 및 운용의 여유가 감소한다. 이러한 영향들이 계속하여 누적되면 수명이 단축되어 소손이 발생할수 있다. 다. 단기적 과부하의 위험요인 1) 변압기가 정상적으로 수분을 함유하고 있을 경우, 최고온부 온도가 갑자기 상승하여 위험온도(약140-160℃)에 도달하면 절연지에 가스 기포가 생긴다. 이 기포가 전기적으로 응력을 많이 받고 있는 부분 (권선 및 리드)에 존재하면 절연 강도가 감소하여 단기적인 사고의 위험이 있다. 절연물이 많은 수분을 내포하고 있으면 기포가 발생하 는 온도는 다소 낮아진다. 또한 누설 자속의 영향으로 가열된 중금속 표면에서의 절연유나 고체 절연물에서도 가스 기포가 발생될 수 있 고, 절연유의 과포화에 의해서도 발생된다. 이러한 기포들은 대개 전기적 응력이 낮은 쪽에서 발생하며, 응력이 놓은 쪽으로 이동하여 절연파괴 등의 사고를 유발한다, 유기재인 주 절연물과 열적으로 직접 접촉하지 않고 절연유와 접촉하고 있는 나금속은 온도가 급속히 고온으로 될 수 있으나 180℃를 초과해서는 안된다. 2) 높은 온도로 인한 기계적인 특성의 일시적인 열화가 단락강도를 감소 시킬 수가 있다. 3) 부싱 내부 압력의 증가는 누유로 인한 사고를 유발할 수 있고, 부싱 절연물의 온도가 140℃를 초과할 경우 에 도 부싱 내부에 가스가 발생하여 사고를 유발할 수 있다. 4) 절연유의 팽창은 콘서베이터내 절연유를 넘치게 할 수 있다. 5) 탭 절환기에서 지나치게 많은 전류의 차단은 위험할 수 있다. 라. 장기적 과부하의 위험요인 1) 도체 절연물의 기계적 특성이 누적되는 열에 의해 열화되는 것은 온도가 높아질수록 가속된다. 이런 열화가 충분히 진행되거나 특히 계통 단락 사고를 당할 경우 변압기 수명이 감소될 수 있다. 2) 구조물과 도체뿐만 아니라 다른 절연물도 보다 높은 온도에서는 역시 열화될 수 있다. 3) 탭 절환기의 접촉 저항도 많은 전류 및 높은 온도에서 증가하고, 심한 경우에는 열폭주(theremal runaway)가 일어날 수 있다. (접점이 녹아내림) 4) 변압기의 가스켓 재질도 높은 온도에서는 부서지는 성질로 변화될수 있다. 단기적인 위험은 부하가 정상으로 돌아오면 보통 살아지나 신뢰성 관점에서 본다면 장기적으로 인한 영향보다 훨씬 심각할수 있다. 부하용량은 단기적, 장기적 영향에 의하여 제한된다. 2. 운전전류 및 온도제한 과부하에 대한 변압기의 민감도는 통상 변압기의 용량에 따라 좌우된다. 변압기의 용량이 커짐에 따라 다음과 같은 경향이 있다 ○누설자속 밀도가 증가한다 ○유전(절연)적으로 스트레스를 받은 절연물양이 많아진다. ○정확한 최고온부 온도결정이 더욱 어려워진다. 위와같은 경향 때문에 대형 전력용 변압기가 소형 변압기보다 과부하에 대해 더욱 취약하여 변압기 사고의 결과는 더욱 더 심각하다. 가. 변압기 정격온도 절연물의 열화특성에는 임계온도라는 것이 존재하지 않기 때문에 변압기의 정격이나 운전을 위해서 정해진 온도규격은 변압기의 운전경험을 기준하여 결정되어진다. A종 절연물의 최고점 온도의 허용치는 연속운전에 있어서 105℃이며 유입식변압기 권선평균온도는 절연물의 최고점 온도보다 10℃가 낮은 것으로 되어 있다. 따라서 전권선의 저항측정으로 구할수 있는 평균권선온도의 상한은 95℃로 정해진 것이다 변압기의 주위온도를 40℃로 가정하면 주위온도에 대한 변압기의 허용온도상승은 55deg로 제한된다. 나. 주위온도에 따른 변압기 운전 아래표는 IEC354('91) 유입식 변압기 과부하 운전지침에서 추천하는 과부하와 온도한계이다. 어떤 기간동안 부하전류의 큰 변화가 없으면 일정한 등가부하전류로 적용해도 좋다. 주위온도가 다른 연속부하책무에 대한 허용부하율 K=를 제시한다