변압기의 기계적 보호장치

[[카페지기]]

1. 동작 원리

가. 절연유 및 절연지의 열분해 시 발생된 가스를 검출하여 계전기를 동작

나. 급히 발생된 절연유 또는 가스압력으로 계전기 동작

2. 적용 계전기

가. 방압 장치(Pressure relief device, 96D와 86T 동작)

1) 변압기 내부에 고장이 발생하면 그림과 같은 경로로 압력이 상승

절연파괴에 의한 층간단락, 접지, 기계력 또는 과열에 의한 단선

→

유중 방전 이상 발열

→

절연지, 절연유, 목재 등의 분해

→

가스 발생

→

내압 상승

[그림 1] 내부고장 발생부터 내압 상승까지의 흐름

2) 이 상승된 압력은 변압기 외함을 파손시키고 절연유를 유출시켜 화재발생을 유발하기도 함

3) 이러한 큰 고장을 방지하기 위하여, 변압기 내부에 높은 압력이 순간적으로 발생 시, 일정 압력에서 동작하는 일종의 안전변을 부착하여 절연유나 가스를 방출하여 외함의 파손을 방지하고, 안전변이 동작 시 전기적으로 변압기 1, 2차 차단기를 동작 개방시켜 변압기에 인가된 전원을 차단하여, 변압기의 외함 보호와 계통의 안정을 꾀하고 있다.

4) 일반적으로 방압장치의 동작 시 경보 및 트립 : 96D

[그림 2] 방압 안전장치

5) 방압관(Bursting tube)

(1) 변압기 상부에 설치하고, 관의 끝단에 방압판(베크라이트 판, 운모판 등)이 부착되며, 방압판 전단에 컨서베이터를 균압관에 연결하여 유온의 변화에 따른 절연유 면의 변화와 절연유 여과 시 유면 변화에 의하여 절연유가 방압판을 파손하는 것을 방지

(2) 변압기 내부고장으로 인한 고 압력이 발생 시 방압판이 파손되며, 과도 압력을 외부로 방출하고 경보용 접점을 붙여, 신호를 변압기용 차단기의 Trip 회로에 송출하여 차단기를 개방시켜 변압기를 정지

[그림 3] 방압관

6) 방출 안전장치(Automatic resetting pressure relief device)

(1) 절연유와 접하지 않는 변압기의 상부 판 또는 상부관에 부착되어 변압기 내에 이상 압력 발생 시 일정 압력(10±1psi)에 도달하면 방압막이 동작하여 이상 압력을 외부로 방출 시켜 변압기함의 파손을 방지

(2) 방출안전장치는 방압관식 과는 달리 여러 번 동작하여도 방압막이 파손되지 않도록 강판으로 제작되며, 평상 시 방압막을 눌러주는 압축 스프링과 기밀유지를 위한 가스켓, 동작 표시봉, 경보용 접점 등으로 구성

[그림 4] 방출 안전장치

나. 부흐홀쯔 계전기(96B11, 96B12와 86T)

1) 이 계전기는 변압기의 내부고장 시 발생하는 가스의 부력과 절연유의 유속을 이용하여 변압기 내부고장을 검출하는 계전기

2) 변압기와 컨서베이터 사이에 설치되어 널리 이용

3) 정상적인 변압기 운전 시 부흐홀쯔 계전기는 절연유로 충만되어 1단 부표와 2단 부포가 유중에 떠 있게 됨

4) 변압기 내부의 경미한 고장으로 발생한 가스가 변압기 상부에서 컨서베이터로 이동하면서 부흐홀쯔 계전기의 상부에 축적되어, 계전기 상부에 설치된 2단 부표가 점차 하강하게 되고, 계전기 내에 일정량의 가스가 축적되면 1단 부표가 하강하게 되며, 계전기내에 일정량의 가스가 축적되면 1단부표가 하강하여 경보접점회로를 구성하여 경보신호를 송출하게 됨

5) 부흐홀쯔 계전기 1단계 동작 시 경보표시등은 96B11이 점등

6) 변압기 내부에 중 고장이 발생하면 가스의 급격한 생성뿐만 아니라 본체에서 컨서베이터롤 이동하는 절연유의 흐름이 급격해져 부흐홀쯔 계전기의 방유판을 밀어 차단회로를 구성

7) 부흐홀쯔 2단계 동작 시 배전반의 96B12 경보표시 램프가 점등되며, 동시에 86T(폐쇄계전기)가 동작되어 변압기 1, 2차 차단기가 개방

[그림 5] 부흐홀쯔 계전기

다. 충격 압력 계전기(Sudden pressure relay, 96P와 86T)

1) 변압기 내부 고장 시 변압기 절연유의 유속을 이용한 부흐홀쯔 계전기로 고장을 차단하기에는 어느 정도의 시간이 소요되어 고장지속시간을 줄이는 것이 불가능

2) 고장 지속시간을 단축하기 위해서 더욱 섬세하고 확실한 보호가 필요

3) 충격압력계전기

(1) 동작시간이 매우 빠르며 작은 압력으로도 동작하고

(2) 설치가 간단하며 접촉점의 작동이 명확하고

(3) 유온 변화에 따른 절연유 속의 질소가스 분리에 의해 동작하지 않으므로 신뢰도가 높고 오동작이 매우 적음

4) 충격압력 계전기 동작하면 배전반의 96P 경보 표시등이 점등되며,

86T(폐쇄계전기)도 함께 연동되어 변압기 1, 2차 차단기가 개방

5) 충격압력계전기는 동작요소와 설치 위치에 따라 충격 가스압력 계전기와 충격 유압 계전기로 구분 함.

5) 충격 가스압력 계전기(Sudden Gas pressure relay)

(1) 질소가 봉입된 형태의 변압기에 사용할 수 있으며, 절연유와 접하지 않는 변압기의 최상부나 관에 설치

(2) 이 계전기는 금속제 용기 속에 등압기(Equalizer), 마이크로 스위치, 벨로우즈, 시험단자 등으로 구성

[그림 6] 충격가스압력 계전기

6) 충격 油 압력 계전기(Sudden Oil pressure relay)

(1) 이 계전기는 절연유와 접하는 변압기의 상부 측면이나 중간부분 측면에 설치되어, 변압기 내부고장 시 발생되는 이상 압력으로 인한 압력파와 단위 시간당의 압력상승 값으로 동작하기 때문에 고감도, 동작시간이 매우 짧음

(2) 구 성

- 유속을 감지하는 부분

- 유속을 전달하는 부분

- 전달된 유속을 전기적 신호로 변환하는 부분

[그림 7] 충격 유압 계전기

라. 가스검출 계전기(Gas accumulation indicator, 96G)

1) 변압기 본체에 절연유가 최상부 까지 충만되는 컨서베이터형 변압기의 내부에서 부분방전, 절연불량으로 생성된 가스를 검출하는 계전기

2) 지상에서 축적가스의 량을 관찰할 수 있도록 변압기 상부 외측에 설치

3) 부표, 커플링, 스위치 등으로 구성

[그림 8] 가스검출 계전기

[그림 9] 가스 검출 계전기

마. OLTC 보호계전기(Protective relay, 96T와 86T 동작)

1) OLTC 유격실 내에 고장이 발생 시 급격한 유속에 의해 동작하는 OLTC 보호계전기

2) OLTC 유격실과 OLTC용 컨서베이터 사이에 설치되며,

3) 구성

(1) 부표를 고정 시키기 위한 영구자석

(2) 유속의 흐름에 응동하는 부표(Flap valve),

(3) 부표에 의해 전기적으로 회로를 구성하는 접점(reed contact),

(4) 시험단자와 단자대 등

4) 유격실 절연유의 급격한 흐름이 OLTC용 컨서베이터 측으로 향하여 흐르면 이 압력에 의해 평상 시 영구자석에 의해 수직으로 세워진 부표가 뒤로 밀려 넘어지면서 접점을 동작 시킴

[그림 10] OLTC 보호계전기

[그림 11] OLTC 보호계전기

바. 유 온도계(26Q, 경보)

- 절연유가 일정 값 이상으로 온도 상승 시

사. 유면계(33Q, 경보)

1) 절연유가 일정 값 이하로 유면 저하 시

2) 본체 유면계(33Q1, 경보)

3) OLTC 유면계(33Q2, 경보)