변압기 절연유

[황상연]

변압기 절연유의 기능과 관리방법

〔절연유의 기능〕

절연유는 유입변압기에서 권선의 외기 접촉차단 및 고체 절연물을 보호하고 권선의 발생 열을 대류에 의해 방열하는 절연과 냉각이라는 2가지 중요한 기능으로 양질의 광유를 정제하여 제조한다.

〔절연유의 구비조건〕

1. 절연내력이 좋아야 한다.

2. 점도가 낮아 유동성이 좋아야 한다.

3. 인화점이 높아야 한다.

4. 응고점이 낮아야 한다.

5. 화학적으로 안정성이 높아야 한다.

6. 인체에 무해하고 독성이 없어야 한다.

〔절연유의 종류〕

절연유는 정제한 양질의 광유를 탈수, 탈가하여 제조하며 종류는 아래 표와 같다.

종류		주성분	용도
1종	1호	광유	주로 유입콘덴서, 유입케이블 등에 사용
	2호		주로 유입변압기, 유입차단기 등에 사용
	3호		매우 추운곳 이외의 장소에서 사용되는 유입변압기, 유입차단기 등에 사용
	4호		고전압 대용량 유입변압기에 사용
2종	1호	알킬벤젠	분기쇄형으로 저점도	주로 유입케이블, 유입콘덴서 등에 사용
	2호		분기쇄형으로 고점도
	3호		직쇄형으로 저점도
	4호		직쇄형으로 고점도
3종	1호	폴리부텐	저점도	주로 유입케이블, 유입콘덴서 등에 사용
	2호		중점도
	3호		고점도
4종	1호	알킬나프탈랜	저점도	주로 유입콘덴서 등에 사용
	2호		고점도
5종		알킬나프탈랜	주로 유입콘덴서 등에 사용
6종		알킬디페닐에탄	주로 유입변압기 등에 사용
7종	1호	광유·알킬벤젠	주로 유입콘덴서, 유입케이블 등에 사용
	2호		주로 일반 유입변압기, 유입차단기 등에 사용
	3호		주로 매우 추운곳 이외의 장소에서 사용되는 유입차단기 등에 사용
	4호		주로 고전압 대용량 유입변압기에 사용

1. 절연유 열화와 변압기소손

〔유입변압기의 구조〕

유입변압기는 방향성 규소강판으로 만든 코어에 마닐라지 그라프트지 등으로 절연한 권선을 감아 절연유 속에 합침한 구조로 되어있다.

〔절연유의 열화〕

절연유는 변압기의 발생열에 의한 호흡작용으로 인해 공기중의 수분, 산소, 도전성 또는 유전성 입자를 흡착하게 되고 오염된 절연유는 변압기의 발생열과 상승작용을 일으켜 변압기 절연재를 열화시키고 슬러지를 생성하여 냉각작용을 방해함으로서 절연체 열화를 더욱 촉진시켜 절연재의 기계적 강도를 저하시킨다.

〔변압기 절연파괴〕

위 〔변압기의 열화〕와 같은 이유로 열화된 절연재가 바로 절연파괴되는 것이 아니고 열화된 절연물이 Surge(서지), 진동, 외부단락 등의 충격에 기계적으로 파손되면서 권선간에 또는 권선과 코어 간에 접속하여 결국 변압기는 소손되게 된다.

2. 절연유 관리기준

〔절연유관리의 중요성〕

오염된 절연유는 여과 또는 교체에 의해 성능을 회복할 수 있으나 한번 열화된 고체절연물은 절연유를 교체해도 물리적 성능을 회복할 수 없기 때문에 외부 충격에 의해 변압기는 소손하게 된다. 따라서 유입변압기는 절연유 관리가 중요하고 절연유만 잘 관리한다면 변압기 수명은 20년 이상이라고 본다.

〔절연내력〕

구분	절연파괴전압	50kv 미만기기	50kv 이상기기
신 유	30kv 이상 KSC-2301	적 합	적 합
	20kv 이상	적 합	적 합
사용중의 절연유	15kv 이상 20kv 미만	적 합(요주의)	부적합
	15kv 미만	부적합	부적합

〔전산가〕

구 분	산가도(mgKOH/g)	판 정
신 유	0.02 이하 KSC-2301	적 합
사용중의 절연유	0.2 이하	적 합
	0.2 초과 0.4 미만	적 합(요주의)
	0.4 이상	부적합

* 참고 : 요주의 판정은 적합으로 하나 가급적 빨리 여과·교체토록 한다.

3. 절연유 여과와 교체

절연유는 사용함에 따라 상기에서와 같이 절연내력이 저하하고 슬러지나 부유물을 생성하게 된다. 이러한 절연유를 그대로 방치하는 것은 변압기사고를 유발함으로 절연유를 주기적으로 여과 또는 교체해야 한다.

〔여과〕

절연유 중의 부유물, 슬러지 등을 제거하여 절연유의 유동성은 좋게하나 산가나 절연내력은 그다지 큰 영향을 주지 못한다.

〔진공여과〕

절연유 중의 부유물, 슬러지 등의 제거와 더불어 수분을 제거하고 용존기체를 탈기함으로서 절연내력 회복에는 효과가 있으나 화학적으로 변질된 절연유를 원상태로 되돌리지는 못한다.

〔교체〕

열화된 절연유를 신품인 절연유로 교체함으로서 절연유 성능을 회복함을 말한다.

단, 이때 절연유 주입 시 미량의 금속분, 먼지 등이 혼입되지 않도록 여과필터를 통해 주입해야 한다.

〔여과와 교체〕

가장 이상적인 변압기의 관리는 6개월마다 절연유를 시험하고 그 시험치에 따라 여과와 교체를 함이 바람직하나 그것은 경우에 따라 번거로울 수도 있고 경제적으로 불합리할 수도 있으므로 그 변압기의 중요도와 용량에 따라 아래와 같이 실시하면 비교적 무난할 것이다.

① 154kv 이상 또는 3,000kva 이상으로 콘서베이터가 있는 변압기 - 1년마다 진공여과하고 필요 시 전량 교체한다.

② 기타 변압기 - 3년마다 전량 교체한다.

4. 절연유 교체시기

절연유는 사용 중 열화에 의해 일정 주기별로 교체해야 하며, 교체시기는 시험결과에 의한 교체로 나눌 수 있다.

〔측정치에 의한 교체(22.9kv급)〕

다음 사항 중 1가지라도 해당 할 경우 교체해야 한다.

- 절연내력시험치가 15kv 이하일 경우

- 전산가가 0.4 이상일 경우

〔시간경과에 의한 교체〕

변압기 사용조건 또는 절연유의 성능에 따라 다르며, 거의 무부하인 경우 5년 이내, 50% 이상 부하가 걸리는 경우 3년 이내, 종종 과부하 운전을 하는 경우 1년마다 교체하는 것이 좋다.

* 절연유의 성능시험에는 여러 가지가 있으나 운전중인 변압기의 절연유 계속 사용여부 판명에는 절연파괴전압 측정, 전산가 측정, 함유수분 측정, 체적저항률 측정으로 양·부 판정에 충분하다고 생각되고 전기안전공사에서는 특고압변압기 절연유에 대한 시험은 절연파괴전압과 전산가를 측정하여 가부판정을 하고 있다.

1) 시료채취

시료체취 용기는 깨끗하고 건조한 것을 사용한다.

시료채취는 전체 절연유를 대표할 수 있는 위치에서 채취한다. 시험 결과에 영향을 줄 수 있는 물기나 염분 등이 혼입되지 안도록 채취한다. 변압기 배유구에서 채취할 때는 배유구 주변의 오염물을 흘려보낸 후 채취한다.

2) 절연파괴전압 측정

이 시험은 절연유의 실질적인 절연파괴전압을 측정하는 것으로 전극간에 절연이 파괴되는 전압을 kv로 나타낸다. 전극간에 최약경로가 변화하기 때문에 여러번 측정하여 평균값을 구하여 표시한다.

3) 전산가 측정

절연유는 공기중의 산소와 접촉하여 산화하게 되며, 산화된 정도를 측정하는 것으로 절연유 1g중에 포함된 산성성분을 중화하는데 필요한 수산화칼륨 치(mg)로 표시한다.

4) 함유 수분측정

호흡작용에 의해 절연유는 공기중의 수분을 흡수하게 되고 이것은 절연유 절연내력에 직접 영향을 주게 된다. 유중에 함유된 수분 량을 ppm으로 나타낸다.

5) 체적저항률 시험

절연유의 절연성능을 나타내는 1가지 척도로서 기름속에 이온, 도전성 부유물 등에 의해 체적저항률은 내려가며 기름속에 직류전계를 가하고 그때 기름속을 흐르는 단위 면적 당 전류의 비율(Ω, CM)로 나타낸다.

6) 유전정법 시험

절연유 중에 수분이나 오염물질에 의해 도전손실이 커지게 되고 유전정법은 절연유 자체 열화판정에 중요한 수단으로 절연유를 사이에 두고 전극사이에 교류전압을 가했을 때 발생하는 손실전류를 충전전류의 비(%)로 나타낸다.

7) 유중가스 분석법

유입변압기 내부에서 국부가열, 부분방전 등의 이상이 발생하면 열에 의해 오일, 종이 등 절연재료가 열분해와 산화를 일으켜 각종 가스를 발생한다. 유중가스 분석법은 절연유 중에 용해된 가스를 추출 분석하여 가스의 양과 종류로 변압기 내부의 이상유무 및 이상내용을 진단하는 방법이다.

* 전산가 측정

이 측정법은 일정량의 시료유에 산추출액을 가해서 시료유 중의 산성분을 추출하고 여기에 중화액을 서서히 가하면서 중화시켜 추출액이 청색에서 적갈색으로 변화 할 때의 중화액 사용량을 산가도로 한다.

- 측정순서

항목	순 서	주의사항
시 료 의 채 취	(1) 시료는 측정하려는 기름 전체를 대표할 수 있게 채유해야 한다. (2) 시료용기는 2~3호 시료유로 씻은 후 20~30cc(유내압도 동시에 할 때에는 400cc)의 시료를 채유한다.	기름 전체를 대표하는 시료를 채유하는 것은 현장에서는 곤난한 때가 있다. 유조를 잘 교반하거나 유조의 상·중·하에서 시료를 채유해서 혼합한다.
측 정 준 비	(1) 시료유의 온도는 상온이면 그대로가 좋지만 온도가 높을 때는 10~30℃ 쯤 까지 온도를 내린 후 측정한다. (2) 시료유를 깨끗한 측정관에 5cc의 표선까지 정확히 넣는다. 동일 시료에 대해 2개의 시료를 채유한다.	시료는 정확히 5cc의 선까지 넣지 않으면 중화하기 위한 중화액의 양이 달라지므로 주의한다. 거기에는 측정관을 눈의 높이에서 가로로 보아 표선에 일치하도록 한다. 유면에 거품이 생겼을 때는 스포이트로 제거한다.
측 정	(1) 시료유 5cc가 들어있는 측정액에 산추출액을 표선까지 넣는다. 이 추출액의 경우 약간 많아도 괜찮다. (2) 추출조작 측정관의 입구를 엄지손가락을 눌러 매초 3회 정도의 비율로 10수회 측정관을 상하로 흔들어서 잘 혼합한다. 이것으로 기름 중의 산성성분은 추출액쪽에 추출된다. (3) 계측시험 측정관에 채취한 2개의 시료 중 1개를 가지고 계측시험을 한다. 먼저 뷰렛에 중화액을 넣고 피스톤을 조용히 눌러서 2~3 눈금의 중화액을 시료에 가한다. 측정관 입구를 엄지손가락으로 막고 4~5회 측정관을 기울여서 내용액을 충분히 혼합한다. 이 결과 내용액이 청색에서 적갈색 또는 적도색(赤挑色)으로 변할 때의 뷰렛의 눈금을 읽는다. 이렇게 해서 산가도의 개략값을 구한다. (4) 정밀시험 다음에 또 한 개의 시료는 개측 시험에서 구한 산가값에 가까은 값에서 뷰렛의 눈금을 한눈금씩 중화액을 가해서 정확히 적갈색으로 변하는 점을 구해 이때의 중화액의 사용량, 즉 뷰렛의 눈금이 그대로 산가도를 가리킨다.	(1) 추출액은 인화성이므로 취급에 주의한다. (2) 중화액은 극소량의 이물질이 혼입되어도     측정오차가 되므로 신중히 취급한다.

* 절연파괴 측정

절연유를 장시간 사용하면 산화생성물, 수분, 먼지 등이 혼합해서 절연유의 절연내력이 저하한다.

유내압시험은 지름 12.5mm의 구상전극을 2.5mm간격으로 벌려놓고 절연유 중에서의 절연파괴 전압을 측정한다.

측정순서

항목	순 서	주의사항
시 험 기 의 결 선	(1) 유내압 시험기를 시험하려는 장소에 수평으로 설치한다. (2) 조작부와 변압기를 리드선으로 접속한다. (3) 변압기는 중성점접지 식이므로 반드시 접지단자를 접지한다. (4) 조작부의 모든 브레이커가 off일 것. 슬라이닥은 0의 위치인 것을 확인한다. (5) 입력부 단자에 전원을 접속한다.	(1) 시험하려는 장소는 교류전원이 가까이 있고 시험기를 설치하는 수평한 장소에서 조작하는데 지장이 없는 넒이가 필요하다. 또한 고전압을 발생하므로 타인이 근접하지 않는 장소를 선정한다. (3) 변압기의 접지는 제3종접지면 된다.
시 험 준 비	(1) 시료유는 산가측정과 동일하게 전체를 대표하는 것을 채취한다. (2) 시료유 용기(전극용기)를 시료유로 잘 씻은 후 전극의 상단이 유면 하 약 20mm의 위치가 되도록 시료유를 넣는다.(시료용기에 표시선이 있다.) (3) 전극의 겝을 2.5mm에 조정한다. 마이크로미터식인 것에서는 처음에 전극끼리를 맞부쳐 0에 맞춘 후 규정치수에 조정한다.	(2) 시료유 용기는 150cvc이므로 시료로는 150cc 2개를 준비한다. (3) 마이크로미터를 0점조정 했을 때 0점의 오차가있을 때는 그 숫자만 고려해 넣어서 치수를 맞춘다.
시 험	(1) 시료유를 기름용기에 넣은 후 약 3분간 조용히 놓아두고 기름 중의 기포가 없어진 후 시험을 시작한다. (2) 전원용 비레카를 투입한다. (3) 전압계를 보면서 슬라이덕을 조정해 1초간에 3000v의 비율로 전압을 상승시킨다. (4) 절연이 파괴되어 브레카가 작동되었을 때전압계를 읽는다.(잔침식 전압계에서는 이때의 잔침이남는다) (5) 첫회의 절연파괴가 생긴 경우 약 1분정도 방치한 후 2번째 테스트를 한다.	(1) 시료유를 이동시키면 공기를 흡입해서 기포가 생기므로 3분정도 정지시킨다. (3) 이 시험은 고전압을 사용하므로감전사가 충분해 주의한다. (4) 절연이 파괴되어 브레카가 동작했을 때에는 슬라이닥을 반드시 0으로 복귀시킨다. (5) 절연파괴전압은 상당히 난조가 있는 것이 통상이다.
기 록	시험하려는 절연유에서 2개의 시료를 준비해 각각의 시료에 5회의 시험을 하고 2개의 시료로 합계 10회의 시험을 한다. 기록할 때에는 최초의 측정값은 무시하고 2개의 시료로 8회 파괴전압의 평균값을 산출한다.