전압 변압기가 종종 폭발하는 이유는 무엇인가요
과전압 및 과전류 측면
페로레조넌스 과전압: 효과적으로 접지되지 않은 중성 시스템에서 변압기, 전압 변환기, 소멸 코일 등의 장비의 자기 회로가 포화 상태가 되면 페로레조넌스가 발생할 수 있다. 그 결과로 발생하는 과전압은 전압 변환기의 권유 전류를 수십 배 증가시킬 수 있다. 오랜 시간 동안 고전압과 큰 전류 하에 작동하면 변압기의 온도가 급격히 상승한다. 절연 물질의 열 증발로 인해 내부 압력이 증가하여 결국 폭발하게 된다. 예를 들어, 이 상황은 6 - 35kV 시스템에서 비교적 일반적이다.
스위칭 과전압: 시스템 내 스위치의 작동이나 사고 발생으로 인해 전력 시스템의 상태가 변화하면 내부 전자기 에너지의 진동, 교환, 재분배가 발생하여 스위칭 과전압이 생성된다. 예를 들어, 비고정 접지 중성 시스템에서 발생하는 아크 접지 과전압이나 무부하 선로 또는 용량 부하의 차단 과전압 등이 있다. 커패시터를 스위칭할 때 상대적으로 높은 과전압이 발생할 수 있으며, 특히 커패시터 분리 시 스위치가 재점화될 경우 시스템 전압의 세 배 이상의 과전압이 발생할 수 있고, 두 상 재점화 시에는 시스템 전압의 여섯 배 이상의 상간 과전압이 발생할 수 있다. 이는 전압 변환기의 단자 간 단락을 유발하여 과전류가 발생하고, 절연 매체의 급속한 증발로 인해 폭발하게 된다.
번개 과전압: 번개 보호 시설이 완벽하지 않으면 번개에 의해 발생하는 고전압이 전압 변환기의 절연을 파괴하여 폭발을 유발할 수 있다.
장기간 저진폭 과전압 및 과전류: 공진이나 다른 이유로 인해 전압 변환기가 견디는 과전압 및 과전류의 진폭이 상대적으로 작더라도 지속 시간이 길다면 많은 양의 전기 에너지가 열로 변환되어 변압기가 계속해서 가열된다. 열이 일정 수준까지 축적되면 절연 종이와 절연 매체가 증발한다. 건식 변압기의 내부 공간이 제한적이므로 압력이 일정 수준까지 증가하면 폭발이 발생한다.
순간 고진폭 과전압에 의한 과전류: 충분히 높은 진폭의 과전압은 변압기 내부에서 단자 간 단락을 유발하여 상대적으로 큰 과전류가 발생하며, 이는 절연 매체의 급속한 증발을 유발하고 폭발을 유발한다.
절연 관련 문제
절연 노화: 전압 변환기가 너무 오랜 기간 사용되었거나 고온, 습도, 오염 등 혹독한 환경에서 오랜 기간 작동하면 절연 재료가 점차 노화되고 열화되어 절연 성능이 감소한다. 이렇게 되면 쉽게 절연이 파괴되어 내부 단락이 발생하고 폭발을 유발한다.
절연 품질 결함: 제조 과정에서 절연 싸움이 불량하거나 적절한 절연 처리가 이루어지지 않았다면 전압 변환기는 본래의 절연 취약점을 가지고 있을 것이다. 작동 중 이러한 취약점이 고전압 하에서 파괴되어 코일 단락을 유발하고 폭발을 일으킬 수 있다.
습기 침입: 전압 변환기가 습한 환경에 위치하여 수증기가 장비에 침투하면 절연 성능이 감소하여 절연 파괴 위험이 증가하고 폭발을 유발할 수 있다.
장비 자체 및 사용 측면
제품 품질 문제: 일부 전압 변환기는 설계가 불합리하거나 재질이 좋지 않거나 감전 공정이 부적절하여 작동 중 과도한 발열이 발생할 수 있다. 이로 인해 절연재가 오랜 시간 고온에 노출되어 절연 노화가 가속화되며, 심지어는 절연 파괴를 유발할 수 있다. 그 결과 주변 단락이 발생하여 전류가 급격히 증가하고 자기 포화가 발생하여 공진 과전압이 발생하고 결국 폭발을 유발한다.
두 번째 측 단락: 전압 변환기의 두 번째 측 단락은 두 번째 측 전류의 급격한 증가를 초래한다. 전자기 유도의 원칙에 따르면, 첫 번째 측에서도 상대적으로 큰 전류가 발생하여 감전과 절연 손상을 유발하여 폭발을 일으킨다. 또한, 두 번째 측의 잘못된 배선, 예를 들어 두 번째 측의 전압 변환기를 실수로 단락시키는 경우에도 전류가 급격히 증가하여 과열로 인한 손상과 폭발을 유발한다.
과부하 작동: 전압 변환기가 오랜 기간 과부하 상태로 작동하면 장비가 손상되고 폭발 위험이 증가한다.
외부 충격: 우발적인 외부 충격은 전압 변환기의 내부 구조를 손상시키고 절연을 방해하여 고장이나 폭발을 유발할 수 있다.
운영, 유지보수 및 관리 측면
유지보수 및 관리 부족: 정기적인 점검, 유지보수 및 대수리를 수행하지 않으면 절연 노화 및 느슨한 연결과 같은 잠재적인 위험을 즉시 감지할 수 없다. 이러한 위험 요소들이 장기간 누적되면 폭발 사고가 발생할 수 있다.
운영자의 기술 부족: 운영자가 전문 지식이 부족하거나 잘못된 조작을 하는 경우, 예를 들어 테스트 중 (접지된 전압 변환기의 자극 특성 테스트 중 n 단자가 접지되지 않은 경우) 잘못된 배선을 하는 경우, 변압기의 절연을 손상시키고 수명을 줄이며 폭발 가능성을 증가시킬 수 있다.
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