변압기

[황상연]

변압기 고장원인 및 점검

* 변압기 고장의 원인

1. 과전류(과부하) 및 단락전류

변압기 고장의 가장 큰 원인은 과전류 및 단락전류이다.

과전류 또는 단락전류에 의해서 변압기 권선의 온도가 급격히 상승하여 절연열화 또는 절연파괴에 의해 고장이 발생한다.

2. 이상전압의 내습

직격뢰, 유도뢰 등의 외뢰와 개폐서지 등에 의한 내뢰로 인해서 정격전압보다 높은 이상전압이 변압기에 내습하는 경우 이상전압의 크기가 변압기의 BIL을 초과하게 되면 절연이 파괴되어 고장이 발생한다. 한번의 이상전압으로 고장이 발생하지 않았다고 하더라도 장기간에 걸쳐 누적되는 이상전압에 의해서도 변압기의 절연상태는 서서히 열화되어 간다.

3. 절연유의 열화

유압변압기의 경우는 절연유가 흡습하거나 장시간 고온상태로 유지되는 과정에서 분해되어 서서히 악화되어 간다. 절연유의 절연파괴 전압은 신유의 경우 30㎸ 정도이고 사용중인 절연유의 경우는 20㎸ 이상이면 양호하고

15~20㎸이면 요주의, 15㎸ 미만이면 교체해야 한다.

4. 열 사이클(Heat Cycle)

변압기에는 상시 일정한 부하가 걸리는 것이 아니고 대부분의 변압기는 하루에도 경부하와 중부하가 반복되므로 변압기의 온도는 상승과 하강을 반복하게 되는데 이때 변압기 철심, 동선, 절연물 등의 열팽창계수가 다르므로 접착부분이 이탈하여 공극을 형성하여 미소 코로나가 발생하거나 몰드변압기의 경우는 에폭시몰드에 크랙(Crack)이 생기는 등의 고장이 발생하게 된다.

5. 기계적인 충격

변압기의 운반 중 또는 설치시에 변압기에 기계적인 충격이 가해져 부싱 등이 파괴되거나 리드선이 단선되는 등의 고장이 발생하기도 한다.

6. 절연물 내부의 공극

변압기 제작과정에서 절연물질 내부에 공극이 남아있게 되면 사용중에 이 공극에서 미소 코로나에 의해서 주위의 절연물이 탄화되어 결국에는 절연이 파괴되는 고장이 발생한다.

* 변압기 고장의 종류

1. 권선의 상간 및 층간단락

2. 권선과 철심간의 절연파괴 또는 접지

3. 고·저압 권선간의 혼촉

4. 권선의 단선

5. 부싱파괴 또는 리드선의 절연파괴

* 점검방법

1. 온도상승 시험

변압기의 온도상승 시험에는 실부하법, 반환부하법, 등가부하법(단락부하법)의 3가지가 있는데 등기부하법이 주로 많이 사용된다.

2. 유도시험

유도시험은 변압기의 층간 절연내력을 시험하는 것이다. 보통 정격전압의 2배를 유기시켜 시험하는데 자로의 자기포화를 방지하기 위해서 정격주파수보다 높은 주파수를 사용한다.

온도시험에 필요한 장비로는 유도발전기가 있는데 주파수 정격은 보통 180㎐, 240㎐ 또는 400㎐의 것이 사용된다.

3. 충격파 전압

변압기의 내 충격특성을 확인하기 위해서 충격파 시험을 행한다.

충격시험 시의 표준 충격파형은 1.2·50㎳이다. 그리고 피 시험변압기의 표준 충격절연강도(BIL)와 같은 파고치를 가진 표준 충격파형의 충격파를 인가해서 시험한다.

먼저 50~70% 정도의 낮은 충격파(Reduced Impulse Wave)를 가하기도 한다. 충격파를 가할 때 피 시험변압기의 이상 유무는 접지선에 흐르는 전류의 파형을 분석해서 판별한다.

4. 절연내력 시험

절연내력을 시험하기 위해서는 슬라이닥스와 PT를 사용하고 또 회로보호용으로 OCR과 CB를 결선한다. 만일 시험 중에 변압기가 절연이 파괴되어 OCR에 전류가 흐르면 OCR 또는 CB를 Trip시켜 회로를 보호한다. 이때 PT는 피 시험변압기의 고압측에 결선한다.

5. 절연저항 측정

메가테스터로 권선과 권선간 및 권선과 대지간의 절연저항을 측정한다. 이때 측정되는 절연저항 치는 온도상승과 함께 급격히 저하하므로 변압기의 온도-절연저항 곡선을 참조하여 양·부를 판정한다.

6. 산가도 시험

구 분	산가도(㎎KOH/g)	판 정
신 유	0.02 이하(KSC2301)	적 합
사용중 유	0.2이하 0.2초과 0.4미만 0.4 이상	적합 적합(요주의) 부적합

1) 시료유를 시험관에 5㎖를 정확하게 넣는다.

2) 시료유 5㎖를 넣은 시험관에 산추출액 5㎖를 첨가한다.

3) 시험관 입구를 막고 10회 이상 잘 흔들어 희석한다.

4) 주사기로 산가적정액을 미량(한방울)을 투입하면서 수회 흔들어 변색을 확인한다. 이때 15초 동안

    적갈색을 유지할 때가 최종 산가이다.

7. 절연유 내압시험

절연유는 광물계(광유)가 일반적으로 사용되고 그 절연성능은 공기의 4~6배 정도이다. 그러나 장시간 사용하면 산화생성물, 수분, 먼지 등이 혼입해서 절연내력이 저하된다.

시험방법은 1.5㎜의 구상전극을 겝(Gap)이 2.5㎜ 되도록 하고 20㎜의 유중에 담그고 전압을 3㎸/sec의 비율로 상승시키다가 절연이 파괴되어 차단기가 동작했을 때 전압을 읽으며, 그 결과는 아래 표와 같다.

구 분	절연파괴전압	판 정
		50㎸미만 기기	50㎸이상 기기
신 유	30㎸이상	적합	적합
사용중 유	20㎸ 이상 15㎸이상 20㎸미만 15㎸미만	적합 적합(요주의) 부적합	적합 부적합 부적합

∴ 요주의 : 판정은 적합하나 가급적 조속히 여과 혹은 교체토록 요청.

    부적합 : 시급히 여과 혹은 교체토록 요청.

    이설기기 및 폐지 후 재 사용기기는 신유에 준함.

8. 유전 정접시험

쉐링부릿지를 이용한 tan d 측정기로 피 측정기기의 tan d를 측정한다.

절연상태가 양호하면 피 측정기기는 완전한 콘덴서로 되어 전류가 전압보다 위상이 90도 앞서야 한다. 그러나 절연이 열화되어 갈수록 이 위상각은 90도보다 작은 것으로 변해간다. tan d의 값은 온도에 따라 크게 변화한다.. 즉, 30도에서는 tan d의 값이 변압기의 경우는 4%까지는 양호하다고 보나 40도가 되면 6%까지도 양호하다고 본다.

9. 부분 방전시험

초음파센서 또는 부분방전 검출기로 변압기 내부에서 발생하는 미소 코로나를 측정하여 절연의 열화정도를 예지하는 것이다.

10. 변압기의 육안 구조검사

1) 부싱 자기부분의 균열, 파손, 오손여부.

2) 접촉단자의 풀림, 과열, 변색, 이음, 이취.

3) 본체의 과열 및 온도계 불량여부.

4) 유면계 파손여부 및 유면의 높이.

5) 안전변의 파손여부.

6) 흡습제의 변색여부.

7) 본체 등의 도료변색 및 부식여부.

8) 탱크의 변형, 누유 또는 볼트풀림 여부.

9) 접지선의 손상여부.