변압기의 외부 및 내부 결함

대용량 변압기를 외부 및 내부 전기적 고장으로부터 보호하는 것은 필수적입니다.

전력 변압기의 외부 고장

전력 변압기의 외부 단락

단락이 전력 시스템의 두 개 또는 세 개의 상에서 발생할 수 있습니다. 고장 전류 수준은 항상 충분히 높습니다. 이는 단락된 전압과 고장 지점까지의 회로 임피던스에 따라 달라집니다. 고장 공급 변압기의 구리 손실이 급격히 증가합니다. 이 증가하는 구리 손실은 변압기 내부의 가열을 유발합니다. 큰 고장 전류는 변압기에 심각한 기계적 스트레스를 생성합니다. 최대 기계적 스트레스는 대칭 고장 전류의 첫 주기 동안 발생합니다.

전력 변압기의 고전압 교란

전력 변압기의 고전압 교란은 두 가지 종류가 있습니다,

1. 일시적인 서지 전압

2. 주파수 과전압

일시적인 서지 전압

다음 원인 중 하나로 인해 전력 시스템에서 고전압 및 고주파 서지가 발생할 수 있습니다,

• 중성점이 분리된 경우의 아크 접지

• 다양한 전기 장비의 스위칭 작업

• 대기 뇌우 맥동

서지 전압의 원인이 무엇이든 간에, 그것은 결국 높고 급격한 파형을 가지며 고주파를 가진 여행파입니다. 이 파는 전력 시스템 네트워크를 통해 여행하며, 전력 변압기에 도달하면, 선 단자 근처의 턴 사이의 절연을 파괴하여 턴 사이의 단락을 생성할 수 있습니다.

주파수 과전압

큰 부하가 갑자기 분리될 때 시스템 과전압이 발생할 가능성이 항상 있습니다. 비록 이 전압의 진폭이 정상 수준보다 높지만, 주파수는 정상 상태와 같습니다. 시스템의 과전압은 변압기의 절연에 대한 스트레스를 증가시킵니다. 우리가 알고 있듯이, 전압이 증가하면 작동 플럭스도 비례적으로 증가합니다. 따라서, 철 손실이 증가하고 자속 전류도 비례적으로 크게 증가합니다. 증가한 플럭스는 변압기 코어에서 다른 강철 구조 부분으로 분산됩니다. 일반적으로 거의 플럭스를 운반하지 않는 코어 볼트가 포화 영역에서 분산된 플럭스의 큰 구성 요소를 받게 될 수 있습니다. 이러한 조건 하에서는 볼트가 신속하게 가열되어 자신의 절연뿐만 아니라 감쇠 절연을 파괴할 수 있습니다.

전력 변압기의 저주파 효과

전압, 감쇠의 수가 고정되어 있으므로,
이 방정식에서 알 수 있듯이, 시스템의 주파수가 감소하면 코어의 플럭스가 증가하며, 그 효과는 과전압과 매우 유사합니다.

전력 변압기의 내부 고장

전력 변압기 내부에서 발생하는 주요 고장은 다음과 같이 분류됩니다,

1. 감쇠와 지구 사이의 절연 파괴

2. 다른 상 사이의 절연 파괴

3. 인접한 턴 사이의 절연 파괴, 즉 인터-턴 고장

4. 변압기 코어 고장

전력 변압기의 내부 접지 고장

임피던스를 통해 중성점이 접지된 Y 연결 감쇠의 내부 접지 고장

이 경우 고장 전류는 접지 임피던스 값에 의존하며, 또한 중성점과 고장 지점 사이의 거리에 비례합니다. 이 전압은 중성점과 고장 지점 사이의 감쇠 턴 수에 따라 달라집니다. 고장 지점과 중성점 사이의 거리가 멀수록, 해당 거리 아래의 턴 수도 많아지고, 따라서 중성점과 고장 지점 사이의 전압이 높아져 더 큰 고장 전류를 유발합니다. 따라서, 고장 전류의 값은 접지 임피던스 값뿐만 아니라 고장 지점과 중성점 사이의 거리에도 의존합니다. 고장 전류는 또한 고장 지점과 중성점 사이의 감쇠 부분의 누설 반응에 의존합니다. 그러나 이는 접지 임피던스와 비교해 매우 낮으며, 상대적으로 훨씬 더 높은 접지 임피던스와 직렬로 연결되기 때문에 무시됩니다.

중성점이 견고하게 접지된 Y 연결 감쇠의 내부 접지 고장

이 경우, 접지 임피던스는 이상적으로 0입니다. 고장 전류는 고장 지점과 변압기의 중성점 사이의 감쇠 부분의 누설 반응에 의존합니다. 고장 전류는 또한 변압기의 중성점과 고장 지점 사이의 거리에 의존합니다. 앞선 경우와 마찬가지로, 이 두 지점 사이의 전압은 고장 지점과 중성점 사이의 감쇠 턴 수에 따라 달라집니다. 따라서, 중성점이 견고하게 접지된 Y 연결 감쇠에서, 고장 전류는 두 가지 주요 요인, 즉 고장 지점과 중성점 사이의 감쇠 부분의 누설 반응과 고장 지점과 중성점 사이의 거리에 의존합니다. 그러나 감쇠의 누설 반응은 감쇠 내의 고장 위치에 따라 복잡하게 변합니다. 고장 지점이 중성점에 가까워질수록, 반응은 매우 빠르게 감소하므로, 중성점 근처의 고장에서 고장 전류가 가장 큽니다. 따라서, 이 지점에서 고장 전류를 위한 전압은 낮고 동시에 고장 전류를 방해하는 반응도 낮으므로, 고장 전류의 값은 충분히 높습니다. 다시, 중성점에서 먼 고장 지점에서는, 고장 전류를 위한 사용 가능한 전압이 높지만, 동시에 고장 지점과 중성점 사이의 감쇠 부분이 제공하는 반응도 높습니다. 고장 전류는 감쇠 전체에서 매우 높은 수준을 유지하며, 즉, 고장의 위치와 관계없이 고장 전류는 매우 높은 크기를 유지합니다.

전력 변압기의 내부 상간 고장

변압기에서 상간 고장은 드뭅니다. 이러한 고장이 발생하면, 일차 측의 순간 과전류 릴레이뿐만 아니라 차동 릴레이를 작동시키는 상당한 전류를 발생시킵니다.

전력 변압기의 인터-턴 고장

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전력 변압기는 전기 초고전압 송전 시스템에 연결되어 있을 때, 뇌우 서지로 인해 전송선에서 고진폭, 급격한 전압 상승, 고주파 임펄스에 노출될 가능성이 매우 큽니다. 감쇠 턴 사이의 전압 스트레스가 너무 커져서, 일부 지점에서 절연 실패를 유발할 수 있습니다. 또한, 저전압 감쇠도 전송된 서지 전압으로 인해 스트레스를 받습니다. 많은 수의 전력 변압기 고장은 턴 사이의 고장으로부터 발생합니다. 인터-턴 고장은 외부 단락으로 인한 기계적 힘으로도 발생할 수 있습니다.

전력 변압기의 코어 고장

코어 라미네이션의 어느 부분이 손상되거나, 코어 라미네이션이 어떤 도체 물질로 브릿지되면, 충분한 에디 전류가 흐르게 되어, 이 부분의 코어가 과열됩니다. 때때로, 코어 라미네이션을 함께 조여주는 볼트의 절연이 실패하여, 에디 전류가 볼트를 통해 충분히 흐르게 되어 과열을 유발하기도 합니다. 라미네이션과 코어 볼트의 절연 실패는 심각한 국소 과열을 유발합니다. 이러한 국소 과열은 추가적인 코어 손실을 유발하지만, 변압기의 입력 및 출력 전류에 눈에 띄는 변화를 만들지는 않으므로, 이러한 고장은 일반적인 전기 보호 체계로는 감지할 수 없습니다. 이러한 국소 과열 상태를 변압기 코어에서 큰 고장이 발생하기 전에 감지하는 것이 바람직합니다. 과도한 과열은 변압기 절연유의 파괴와 함께 가스