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변압기 |
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1. 변압기의 기능 변압기는 전력회사에서 공급하는 고압 또는 특고압의 전력을 부하기기의 사용전압에 맞게 전압을 강압하는 역할로 전기설비의 가장 핵심적인 기기이다.
2. 변압기의 종류 변압기는 절연방식에 따라 유입식, 건식, 몰드식, 가스식으로 구분한다. |
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[ 유입식 변압기 ] 절연유가 담긴 탱크속에 권선을 담근 구조로 제작이 용이하고 사용범위가 넓어 소용량에서 대용량까지 가장 많이 사용하는 변압기다. |
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※ 특징 ∵ 소용량에서 대용량 저전압에서 고전압까지 사용범위가 넓다. ∵ 밀폐된 구조이므로 옥내외 구분없이 사용 가능하다. ∵ 소음진동이 적고 서지에 강하다. ∵ 점검에 의해 수명 예측이 가능하다. ∵ 절연유를 사용하므로 화재의 우려가 있다. ∵ 정기적인 절연유 보수가 필요하다. | |
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[ 건식 변압기 ] 절연유를 사용하지 않고 고체 절연체만으로 절연을 유지하는 것으로 화재 예방을 중시하는 건물에 사용하였으나 몰드변압기의 등장으로 최근에는 소용량 강압용 변압기로 주로 사용한다 |
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※ 특징 ∵ 절연유를 사용하지 않으므로 화재의 위험이 없다. ∵ 점검 및 보수가 용이하다. ∵ 소음.진동이 크고 서지에 약하다. | |
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[ 몰드 변압기 ] 고압 및 저압 권선을 불연재인 에폭시로 몰드한 방식으로 난연성, 무보수화, 에너지절약 등의 이점이 있어 최근 많이 사용하나 인출부 절연과 방열에 문제가 있어 고전압 대용량화에는 한계가 있다. |
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※ 특징 ∵ 절연물로 난연성 에폭시 수지를 사용하므로 화재의 우려가 없다. ∵ 소형.경량이고 분해. 반입. 현장조립도 가능하다. ∵ 무부하 손실이 적어 에너지 절약에 기여한다. ∵ 소음이 크고 기중절연이므로 옥외설치시 전용함이 필요하다. ∵ 서지에 약하므로 VCB와 결합시 SA가 필요하다. ∵ 무보수화가 가능하나 수명 예측이 곤란하다. |
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[ 가스절연 변압기 ] 절연 매체로 SF6 가스를 사용한 변압기로 불연성이고 전기적 특성이 좋다. |
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※ 특징 ∵ 불연성이고 전기적 특성이 우수하다. ∵ 가격이 고가이고 정기적인 보수가 필요하다. | |
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[ 각 절연방식별 비교 ] |
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구분 |
유 입 |
건 식 |
몰 드 |
절연계급 |
A종 |
B종, H종 |
B종, F종 |
허용최고온도 |
105℃ |
130, 180℃ |
130, 155℃ |
사용장소 |
옥내외 |
옥내 |
옥내 |
내습,내진 |
약함 |
약함 |
강함 |
소음.진동 |
작다 |
크다 |
크다 |
단락강도 |
- |
- |
강함 |
충격파내전압 |
150 |
90 |
95(120) |
치수,중량 |
대 |
중 |
소 | |
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3. 변압기의 열화와 수명 |
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[ 절연파괴의 원인 ] 변압기는 운전중 온도,습도,산소 등에 의해 절연물이 열화되었다가 단락, 지락, 진동 등의 기계력에 의해 열화된 절연물이 물리적으로 파괴되기 때문이다. 따라서 변압기의 수명은 절연물의 열화 정도에 따라 결정된다고 볼 수 있다.
[ 변압기 열화원인 ] ∵ 열열화 변압기 발생열과 주위온도에 의해 변압기 최고점 온도가 상승하여 산화, 열분해 등으로 절연유 내압이 내려가거나 고체 절연물의 내압하락 및 기계적 강도가 하락하게 된다. 과부하 운전을 피하고 냉각 방법을 개선하면 수명을 늘릴 수 있다.
∵ 흡습으로 인한 열화 절연유가 대기중의 수분을 흡수하여 절연내력이 저하하고 고체 절연물의 기계적 강도가 저하한다.
∵ 부분방전으로 인한 열화 절연물에 가해진 전계의 세기가 한도를 초과 했을때 부분적인 방전으로 발생 하는 열화로 절연내력과 기계적 강도의 저하를 가져온다. 주로 제작 당시에 절연물에 기포등의 이물질이 혼입하여 이 부분에 전계가 집중하여 발생 한다.
∵ 기계적 응력으로 인한 열화 진동, 충격, 단락시의 전자 기계력에 의해 고체 절연물이 기계적으로 파손되어 변압기의 수명을 종료한다.
[ 변압기의 열화진단 ] 변압기의 열화 정도를 아는 수단으로는 절연저항측정법, 유전정법, 유중가스 분석,절연내력시험 방법이 있고 절연유 자체의 시험방법으로 절연유 내압시험, 전산가도측정, 함유수분측정, 체적저항률측정법이 있으나 변압기의 중요도, 용량 등을 고려하여 실시한다. 전기안전공사에서는 변압기 절연내력시험과 절연유의 절연내력시험, 전산가도를 측정하여 양부를 판단하고 있다.
[ 온도에 의한 변압기의 수명 ] 절연물의 온도와 수명과의 관계는 아래의 식으로 근사하게 추정할 수 있다. Y = aΘ-b Y : 절연물의 수명 a : 정수 b : 0.1155 Θ : 절연물의 온도
여기서 변압기의 수명은 절연물 온도가 6℃ 상승할 때 마다 반감하게 됨을 알 수 있다. 따라서 변압기의 유지보수가 적정하게 이루어지고 과부하 운전을 하지 않을 경우 수명은 20년 이상이다.
[ 변압기의 내구년한 ] 변압기 수명은 15년, 20년, 30년으로 제각기 주장이 상이한 것은 유지 보수의 중요성을 말해준다. 변압기의 내구년한이 명확하게 규정된 곳은 공동주택 관리령에 17년으로 표시된 것이 유일하다. |
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4. 변압기의 유지보수
변압기는 비교적 내구성이 좋고 정지기이므로 수명은 길지만 사고시 정전이 불가피하고 사회적 파급효과가 크다. 또 중량물이므로 취급이 간단하지 않다. 사전 점검으로 고장개소 또는 고장이 우려되는 부분을 발견하여 적절한 보수가 이루어진다면 대부분의 사고를 예방할 수 있고 기대 수명까지 안전하게 사용할 수 있을 것이다.
[ 일상점검 ] 소음. 진동. 이상음, 절연유 누유, 애자. 부싱의 균열, 먼지부착, 부식상태, 변색이나 냄새 등으로 사전에 발견하여 대책을 세우도록 한다.
[ 정기점검 ] 시간을 정해 정기적으로 변압기 운전을 정지시켜서 접속부위 이완. 균열상태를 점검하고 소모품 교환 등을 한다. 또 이때 절연내력시험 등 각종 시험을 실시하여 보수계획을 세운다.
[ 특별점검 ] 이상음, 냄새, 절연유 누유 등을 발견할 시 즉시 운전을 정지하고 점검 및 보수한다. |
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1. 절연유 기능과 종류 |
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[ 절연유의 기능 ] 절연유는 유입변압기에서 권선의 외기 접촉차단 및 고체 절연물을 보호하고 권선의 발생열을 대류에 의해 방열하는 절연과 냉각이라는 두가지 중요한 기능을 담당하는 것으로 양질의 광유를 정제하여 제조한다.
[ 절연유의 구비조건 ] ∵ 절연내력이 커야 한다. ∵ 점도가 낮아 유동성이 좋아야 한다. ∵ 인화점이 높아야 한다. ∵ 응고점이 낮아야 한다. ∵ 화학적으로 안정성이 높아야 한다. ∵ 인체에 무해하고 독성이 없어야 한다.
[ 절연유의 종류 ] 절연유는 정제한 양질의 광유를 탈수, 탈기하여 제조하며 종류는 아래표와 같다. |
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종류 |
주성분 |
적용 (용도) |
1종 |
1호 |
광 유 |
주로 유입콘덴서, 유입케이블 등에 사용되는 것 |
2호 |
주로 유입변압기, 유입차단기 등에 사용되는 것 |
3호 |
주로 매우 추운 곳 이외의 장소에서 사용되는 유입변압기, 유입차단기 등에 사용되는 것 |
4호 |
주로 고전압 대용량 유입변압기에 사용되는 것 |
2종 |
1호 |
알킬벤젠 |
분기쇄형으로 저점도의 것 |
주로 유입케이블, 유입콘덴서 등에 사용되는 것 |
2호 |
분기쇄형으로 고점도의 것 |
3호 |
직쇄형으로 저점도의 것 |
4호 |
직쇄형으로 고점도의 것 |
3종 |
1호 |
폴리부텐 |
저점도의 것 |
주로 유입케이블, 유입콘덴서 등에 사용되는 것 |
2호 |
중점도의 것 |
3호 |
고점도의 것 |
4종 |
1호 |
알킬나프탈렌 |
저점도의 것 |
주로 유입콘덴서 등에 사용되는 것 |
2호 |
고점도의 것 |
5종 |
알킬나프탈렌 |
주로 유입콘덴서 등에 사용되는 것 |
6종 |
알킬디페닐에탄 |
주로 유입변압기 등에 사용되는 것 |
7종
(1) |
1호 |
광유,알킬벤젠 |
주로 유입콘덴서, 유입케이블 등에 사용되는 것 |
2호 |
주로 일반유입변압기, 유입차단기 등에 사용되는 것 |
3호 |
주로 매우 추운 곳 이외의 장소에서 사용되는 유입차단기 등에 사용되는 것 |
4호 |
주로 고전압 대용량 유입변압기에 사용되는 것 | |
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2. 절연유 열화와 변압기 소손 |
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[ 유입변압기의 구조 ] 유입변압기는 방향성 규소 강판으로 만든 코아에 마닐라지 그라프트지 등으로 절연한 권선을 감아 절연유 속에 함침한 구조로 절연유는 절연과 냉각 기능을 갖는다. |
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![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.woonzi.com%2Fbemarket%2Fimgs%2Fsave%2Fupload%2Fimage_10.gif) [유입변압기 철심] | |
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[ 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 절연재 열화를 더욱 촉진시켜 절연재의 기계적 강도를 저하시킨다. |
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[ 변압기 절연파괴 ] 위와 같은 이유로 열화된 절연재가 바로 절연파괴 되는 것은 아니고 열화된 절연물이 서지, 진동, 외부단락 등의 충격에 기계적으로 파손되면서 권선간에 또는 권선과 코아간에 접촉하여 결국 변압기는 소손되게 된다. |
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◆ 변압기의 절연파괴 메커니즘 ◆ |
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![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.woonzi.com%2Fbemarket%2Fimgs%2Fsave%2Fupload%2Fimage_59.gif) |
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[ 절연유 관리의 중요성 ] 오염된 절연유는 여과 또는 교체에 의해 성능을 회복할 수 있으나 한번 열화된 고체 절연물은 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. |
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3. 절연유 관리기준 |
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[ 절연내력 ] |
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구 분 |
절연파괴전압 |
판 정 |
50KV미만기기 |
50KV이상기기 |
신 유 |
30KV이상 KSC-2301 |
적합 |
적합 |
사중 중의 절연유 |
20KV이상 |
적합 |
적합 |
15KV이상 20KV미만 |
적합(요주의) |
부적합 |
15KV미만 |
부적합 |
부적합 | |
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[ 전산가 ] |
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구 분 |
산가도mgKOH/g |
판정 |
신 유 |
0.02이하 ksc-2301 |
적합 |
사용 중의 절연유 |
0.2이하 |
적합 |
0.2초과 0.4미만 |
적합(요주의) |
0.4이상 |
부적합 | |
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※ 참고:요주의 - 판정은 적합으로 하나 가급적 빨리 여과 교체토록 요청. |
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4. 절연유 여과와 교체 절연유는 사용함에 따라 상기에서와 같이 절연내력이 저하하고 슬러지나 부유물을 생성하게 된다. 이러한 절연유를 그대로 방치하는 것은 변압기 사고를 유발함으로 절연유는 주기적으로 여과 또는 교체해야 한다.
[ 여과 ] 절연유중의 부유물,슬러지 등을 제거하여 절연유의 유동성을 좋게하나 절연유의 산가나 절연내력에는 그다지 큰 영향을 주지 못한다.
[ 진공여과 ] 절연유중의 부유물,슬러지 등을 제거함과 더불어 수분을 제거하고 용존기체를 탈기함으로서 절연내력 회복에는 효과가 있으나 화학적으로 변질된 절연유를 원상태로 되돌리지는 못한다.
[ 교체 ] 열화된 절연유를 신품인 절연유로 교체함으로써 절연유 성능을 회복함을 말한다. 단, 이때 절연유 주입시 미량의 금속분, 먼지 등이 혼입하지 않도록 여과 필터를 통해 주입해야 한다.
[ 여과와 교체 ] 가장 이상적인 변압기 관리는 6개월마다 절연유를 시험하고 그 시험치에 따라 여과와 교체를 함이 바람직하나 그것은 경우에 따라 번거로울 수도 있고 경제적으로 불합리할 수도 있으므로 그 변압기의 중요도, 용량에 따라 다르지만 아래와 같이 실시하면 비교적 무난할 것이다.
① 154KV 이상 또는 3000KVA 이상으로 콘서베이터가 있는 변압기 - 1년 마다 진공여과 하고 필요시 전량 교체 한다. ② 기타 변압기 - 3년 마다 전량 교체 한다. |
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5. 절연유 교체 시기 절연유는 사용 중 열화에 의해 일정 주기별로 교체해야 하며 교체시기는 시험 결과에 의한 교체와 시간 경과에 의한 교체로 나눌 수 있다.
[ 측정치에 의한 교체(22.9KV급) ] 다음 사항 중 한가지라도 해당할 경우 교체해야 한다. - 절연내력 시험기로 15KV 이하일 경우 - 전산가가 0.4 이상일 경우 - 함유 수분이 60PPM 이상일 경우
[ 시간 경과에 의한 교체 ] 변압기 사용조건 또는 절연유의 성능에 따라 다르나 거의 무부하인 경우 5년이내, 50% 이상 부하가 걸리는 경우 3년 이내 마다, 종종 과부하 운전을 하는 경우 1년 마다 교체하는 것이 좋다. |
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![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.woonzi.com%2Fbemarket%2Fimgs%2Fsave%2Fupload%2Fsub3title_3.gif) |
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절연유의 성능시험에는 여러 가지가 있으나 운전중인 변압기의 절연유 계속 사용 여부 판명에는 절연파괴전압측정, 전산가측정, 함유수분측정, 체적저항률측정으로 양부 판정에 충분하다고 생각되고 전기안전공사에서는 특고압 변압기 절연유에 대한 시험은 절연파괴전압과 전산가를 측정하여 가부 판정을 하고 있다.
1) 시료채취 시료채취 용기는 깨끗하고 건조한 것을 사용한다. 시료채취는 전체 절연유를 대표할 수 있는 위치에서 채취한다. 시험결과에 영향을 줄 수 있는 물기나 염분 등이 혼입되지 안도록 채취한다. 변압기 배유구에서 채취할 때는 배유구 주변의 오염물을 흘려 보낸 후 채취한다.
2) 절연파괴전압 측정 이 시험은 절연유의 실질적인 절연파괴 전압을 측정하는 것으로 전극간에 절연파괴 되는 전압 KV로 나타낸다. 전극간에 최약 경로가 변화하기 때문에 여러번 측정하여 평균값을 구하여 표시한다.
3) 전산가 측정 절연유는 공기중의 산소와 접촉하여 산화하게 되며 산화된 정도를 측정하는 것으로 절연유 1g중에 포함된 산성 성분을 중화하는데 필요한 수산화칼륨 (mg)치로 표시한다.
4) 함유 수분 측정 호흡작용에 의해 절연유는 공기중의 수분을 흡수하게 되고 이것은 절연유 절연내력에 직접 영향을 주게 된다. 유중에 함유된 수분량을 PPM으로 나타낸다.
5) 체적저항률 시험 절연유의 절연성능을 나타내는 한가지 척도로서 기름속에 이온,도전성 부유물 등에 의해 체적저항률은 내려가며 기름속에 직류전계를 가하고 그때 기름속을 흐르는 단위 면적당 전류의 비율로 (Ω.CM)로 나타낸다.
6) 유전정법 시험 절연유 중에 수분이나 오염 물질에 의해 도전 손실이 커지게 되고 유전정법은 절연유 자체 열화 판정에 중요한 수단으로 절연유를 사이에 두고 전극사이에 교류 전압을 가했을 때 발생하는 손실 전류를 충전 전류의 비(%)로 나타낸다.
7) 유중가스 분석법 유입변압기 내부에서 국부가열, 부분방전 등의 이상이 발생하면 열에 의해 오일, 종이등 절연재료가 열분해와 산화를 일으켜 각종 가스를 발생한다. 유중가스 분석법은 절연유중에 용해된 가스를 추출, 분석하여 가스의 양과 종류로 변압기 내부의 이상 유무 및 이상 내용을 진단하는 방법이다.
※ 유중가스 분석법 운전중인 변압기에서 절연유를 채취하여 진공펌프로 용해 가스를 뽑아내어 추출된 가스를 가스분석 장치로 각 성분별로 정량하여 발생가스의 성분과 양 또는 증가 속도에 의해 내부 이상의 종류와 정도를 짐작할 수 있다.
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- 고장진단 |
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고장종류 |
주로 발생하는 가스 |
나도체의 과열에 의한 오일 분해 |
H₂, C₂H6, C₂H₄, C₃H8, C₃H6 |
부분 방전에 의한 오일 분해 |
H₂, C₂H₂ |
유기 고체 절연 재료의 열분해 |
CO, CO₂ | |
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* 특히 C₂H₂(아세틸렌)은 아아크 방전시 주로 나타나므로 미량이라도 주의 할 필요가 있다. |
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- 발생량에 따른 요주의 레벨(RPM) |
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변압기의 정격 |
가연성가스의 합계 |
H₂ |
CH₄ |
C₂H6 |
C₂H₄ |
CO |
C₂H₂ |
500kV 미만 |
10MVA 이하 |
1000 |
400 |
200 |
150 |
300 |
300 |
검출 |
10MVA 초과 |
700 |
400 |
150 |
150 |
200 |
300 |
검출 |
500 kVA 이상 |
400 |
300 |
150 |
50 |
100 |
100 |
검출 | |
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(주) 1. 가연성 가스의 합계 : H₂, CH₄, C₂H6, C₂H₄, CO, C₂H₂ 2. 이상 레벨의 절대 값은 요주의 레벨의 2배 |
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- 총 발생가스의 증가량에 따른 요주의 레벨 PPM |
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변압기 정력 |
월 증가량 |
년 증가량 |
500KV 미만 |
10MVA 이하 |
100 |
350 |
10MVA 초과 |
70 |
250 |
500KV 이상 |
40 |
150 | |
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※ 전산가 측정 이 측정법은 일정량의 시료유에 산추출액을 가해서 시료유중의 산성분을 추출하고 여기에 중화액을 서서히 가하면서 중화시켜 추출액이 청색에서 적갈색으로 변화 할 때의 중화액 사용량을 산가도로 한다. |
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- 측정 순서 |
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항 목 |
순 서 |
주 의 사 항 |
시
료
의
채
취
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(1) 시료는 측정하려는 기름 전체를 대표할 수 있게 채유해야 한다.
(2) 시료 용기는 2-3회 시료유로 씻은후 20-30cc(유내압도 동시에 할 때는 400cc)의 시료를 채유한다. |
기름 전체를 대표하는 시료를 채유하는 것 |
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