SCB 및 SGB 건식 변압기 설명

1. 소개

변압기는 전자기 유도의 원리에 따라 작동합니다. 변압기의 주요 구성 요소는 감전선과 코어입니다. 작동 중에는 감전선이 전류의 경로를 제공하고, 코어가 자기 유속의 경로를 제공합니다. 일차 감전선에 전기 에너지가 입력되면 교류는 코어에서 교대하는 자기장을 생성합니다(즉, 전기 에너지는 자기장 에너지로 변환됩니다). 자기 연계(유속 연계) 때문에, 이차 감전선을 통과하는 자기 유속은 지속적으로 변화하여 이차 감전선에 유도 전동력을 유발합니다. 외부 회로가 연결되면 전기 에너지는 부하에 전달됩니다(즉, 자기장 에너지는 다시 전기 에너지로 변환됩니다). 이러한 "전기-자기-전기" 변환 과정은 전자기 유도의 원리에 따라 실현되며, 이러한 에너지 변환 과정이 변압기의 작동 원리를 구성합니다.

U1N2 = U2N1

U1: 일차 전압；N1: 일차 감전선 턴수；U2: 이차 전압；N2: 이차 감전선 턴수

중국 국가 표준 GB 1094.16에 따르면, 건식 변압기는 코어와 감전선이 절연 액체에 잠겨 있지 않은 변압기를 명확히 정의합니다. 그의 절연 및 냉각 매체는 공기입니다. 광범위하게 말하면, 건식 변압기는 주로 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다: 포장형과 개방형 감전선형.

• "SC(B)" 타입은 에폭시 수지 캐스트 건식 변압기를 의미합니다(모델 명칭의 "B"는 감전선이 구리 호일로 만들어졌음을 나타냅니다; "SG(B)"의 "B"도 같은 의미입니다). 고압 감전선은 에폭시 수지로 완전히 포장되며, 저압 감전선은 일반적으로 에폭시 수지로 완전히 캐스트되지 않으며, 단지 끝 부분만 에폭시 수지로 밀봉됩니다(이는 저압 측에서 더 많은 전류가 흐르므로 완전 캐스트는 열 방출에 부정적인 영향을 미치기 때문입니다). 현재 SC(B)-타입 건식 변압기는 시장의 주류 제품이며, 이 문서에서는 이를 예로 분석합니다. 대부분의 SC(B)-타입 변압기는 F 등급 절연을 가지고 있으며, 일부는 H 등급으로 등급이 매겨집니다.

• "SG(B)" 타입은 미국 DuPont의 NOMEX 절연지를 사용하여 턴 간 절연을 하는 개방형 건식 변압기입니다. 저압 감전선은 구리 호일로 만들어지고, 고압 및 저압 감전선 모두 VPI(진공 압력 잠침) 절연 처리를 받습니다. 표면은 에폭시 절연 바니시로 코팅됩니다. 대부분의 SG(B)-타입 건식 변압기는 H 등급 절연을 가지고 있으며, 일부는 C 등급으로 등급이 매겨집니다.

• 또 다른 건식 변압기 타입인 "SCR(B)"는 에폭시 수지로 캐스트되지 않은 포장형입니다. 프랑스 기술을 기반으로 NOMEX 종이와 실리콘 젤을 사용하여 완전히 포장됩니다. 이 제품은 시장 수요가 매우 제한적입니다. 모든 SCR(B)-타입 건식 변압기는 H 등급 절연을 가지고 있습니다.

2 건식 변압기의 장점

• 안전, 난연성, 불연성, 폭발 방지, 오염 없음, 직접 부하 중심에 설치 가능;

• 유지 보수가 필요 없고, 전체 운영 비용이 낮음;

• 우수한 습기 저항력—100% 습도에서도 정상적으로 작동하며, 정지 후 사전 건조 없이 재 가동 가능;

• 낮은 손실, 낮은 국부 방전, 낮은 소음, 강한 열 방출, 강제 공기 냉각 조건 하에 정격 부하의 150%까지 작동 가능;

• 완전한 온도 보호 및 제어 시스템을 갖추어 안전한 작동을 위한 신뢰할 수 있는 보장을 제공;

• 콤팩트한 크기, 가벼운 무게, 작은 면적 차지, 낮은 설치 비용.

3. 건식 변압기의 단점

• 같은 용량과 전압 등급에서 건식 변압기는 유식 변압기보다 비싸다;

• 전압 등급이 제한적—일반적으로 35 kV까지, 일부 모델은 110 kV까지;

• 주로 실내에서 사용되며, 실외에서 사용할 때는 고 IP 등급의 보호 케이스가 필요하다;

• 캐스트 수지 감전선이 손상되었을 경우, 일반적으로 수리는 어렵고, 대부분 폐기해야 한다.

4. 건식 변압기의 구조

4.1 감전선
(1) 층형 감전선: 평평하거나 둥근 도체를 쌓아 나선형으로 감아 여러 층을 형성합니다. 층 사이에 절연 또는 환기 덕트가 배치됩니다. 감전선은 진공 상태에서 금형과 특수 캐스팅 장비를 사용하여 캐스팅 및 경화됩니다. 공정: 층형 나선 감전선 → 금형에 넣기 → 진공 캐스팅.

(2) 호일형 감전선: 얇고 넓은 도체를 감아 한 층당 한 번 감습니다. 층간 절연은 또한 턴 간 절연 역할을 합니다. 호일형 감전선은 일반적으로 축 방향 냉각 덕트를 사용합니다: 감전 중에 지정된 턴 위치에 스페이서 스트립을 삽입하고 나중에 제거하여 축 방향 공기 통로를 형성합니다. 호일 감전선기에 감전한 후, 코일은 단순히 가열 및 경화만 필요하며, 금형이나 캐스팅은 필요하지 않습니다.

왜 고전압 와인딩이 바깥층에 배치되고 저전압 와인딩은 안쪽 층에 배치되는가?
저전압 측은 낮은 전압으로 작동하며 더 작은 절연 간격이 필요하므로 이를 코어에 가깝게 배치하면 와인딩과 코어 사이의 거리를 줄여 전체 변압기 크기와 비용을 줄일 수 있습니다. 또한, 고전압 와인딩은 일반적으로 탭 연결이 있으므로 이를 바깥쪽에 배치하면 운영이 더 편리하고 안전합니다.

4.2 코어

• 절연 방청제로 코팅된 실리콘 강판을 적층하여 구성됩니다;

• 코어는 주로 클램핑 프레임과 클램핑 볼트로 고정됩니다;

• 상부 및 하부 클램핑 프레임은 티 로드 또는 티 플레이트를 통해 코어와 와인딩을 압축합니다;

• 코어 절연 구성 요소에는 프레임 절연, 볼트 절연 또는 티 플레이트 절연이 포함됩니다.

왜 코어를 접지해야 하는가?
정상 작동 중에는 변압기 코어는 하나이고 오직 하나의 신뢰할 수 있는 접지점이 있어야 합니다. 접지하지 않으면 코어와 접지 사이에 떠다니는 전압이 발생하여 코어에서 접지까지 단락방전이 일어날 수 있습니다. 코어를 한 지점에서 접지하면 떠다니는 전위의 가능성을 제거합니다. 

그러나 코어가 두 개 이상의 지점에서 접지되면 코어 구간 간의 불균형 전위로 인해 접지점 사이에 순환 전류가 발생하여 다중 접지 고장과 국소 과열이 생깁니다. 이러한 코어 접지 고장은 심각한 국소 온도 상승을 초래하여 보호 트리핑을 유발할 수 있습니다. 극단적인 경우, 코어의 녹아내린 부분이 라미네이션 사이에 단락을 일으켜 코어 손실을 크게 증가시키고 변압기의 성능과 작동에 심각한 영향을 미칠 수 있으며 때로는 규소강 라미네이션 교체가 필요합니다. 따라서 변압기는 다중 접지점을 갖지 않아야 하며, 오직 하나의 정확한 접지점만 허용됩니다.

5. 온도 제어 시스템

건식 변압기의 안전한 작동과 수명은 대부분 와인딩 절연의 안전성과 신뢰성에 크게 의존합니다. 만약 와인딩 온도가 절연의 열 내구 한계를 초과하면 절연이 손상되는데, 이는 변압기 고장의 주요 원인 중 하나입니다. 따라서 작동 온도를 모니터링하고 알람 및 트립 제어를 구현하는 것이 매우 중요합니다.

(1) 자동 팬 제어: 저전압 와인딩의 가장 뜨거운 부분에 설치된 Pt100 저항 온도 검출기로 온도 신호를 측정합니다. 변압기 부하가 증가하고 작동 온도가 상승하면 와인딩 온도가 110°C에 도달하면 시스템이 자동으로 냉각 팬을 시작하고, 온도가 90°C로 떨어지면 멈춥니다.

(2) 고온 알람 및 과온 트립: 저전압 와인딩에 매립된 PTC 비선형 열저항으로부터 와인딩 또는 코어의 온도 신호를 수집합니다. 만약 와인딩 온도가 계속 상승하여 155°C에 도달하면 시스템은 과온 알람 신호를 출력합니다. 만약 온도가 170°C로 더 상승하면 변압기는 더 이상 안전하게 작동할 수 없으므로 과온 트립 신호를 2차 보호 회로로 보내야 합니다.

(3) 온도 표시 시스템: 저전압 와인딩에 매립된 Pt100 열저항으로 각 상 와인딩의 온도를 측정하고 직접 표시합니다 (3상 모니터링, 최대값 표시, 역사적 최고 온도 기록). 시스템은 최고 온도에 대한 4–20 mA 아날로그 출력을 제공합니다. 원격 전송이 필요하다면 (최대 1200m), 컴퓨터 인터페이스와 하나의 송신기를 장착하여 최대 31개의 변압기를 동시에 모니터링할 수 있습니다. Pt100 열저항 신호는 또한 과온 알람 및 트립을 트리거하여 온도 보호 시스템의 신뢰성을 더욱 향상시킵니다.

6. 건식 변압기의 케이스

작동 환경의 특성과 보호 요구 사항에 따라 건식 변압기는 다양한 유형의 케이스를 장착할 수 있습니다. 일반적으로 IP20 등급의 케이스가 선택되며, 이는 직경 12mm 이상의 고체 외부 물체와 쥐, 뱀, 고양이, 새 등의 소동물이 변압기에 들어가는 것을 방지하여 단락 및 정전과 같은 심각한 고장을 피하고 활성 부품에 대한 안전 장벽을 제공합니다.

변압기가 실외에 설치되어야 한다면 IP23 등급의 케이스를 사용할 수 있습니다. IP20이 제공하는 보호 외에도 수직 방향에서 최대 60° 각도로 떨어지는 물방울을 방지합니다. 그러나 IP23 케이스는 변압기의 냉각 능력을 감소시키므로, 이 유형의 케이스를 선택할 때는 그에 따른 작동 용량의 저감에 주의해야 합니다.

7. 건식 변압기의 냉각 방법

건식 변압기는 자연 공기 냉각(AN)과 강제 공기 냉각(AF) 두 가지 냉각 방법을 사용합니다.

자연 공기 냉각에서는 변압기가 장기간 정격 용량으로 연속적으로 작동할 수 있습니다.

강제 공기 냉각에서는 변압기의 출력 용량이 50% 증가하여 간헐적인 과부하 작동이나 긴급 과부하 상황에 적합합니다. 그러나 과부하 작동 중에는 부하 손실과 임피던스 전압이 크게 증가하여 경제적이지 않은 작동이 되므로, 장시간의 연속 과부하 작동은 피해야 합니다.

8. 건식 변압기의 시험 항목

• 감속기의 직류 저항 측정:
  내부 도체의 용접 품질, 분할 접점과 리드 사이의 접촉 상태, 그리고 위상 저항의 불균형 여부를 확인합니다. 일반적으로 선간 저항 불균형은 2%를 초과하지 않아야 하며, 위상간 불균형은 4%를 초과하지 않아야 합니다. 과도한 직류 저항 불균형은 세 위상 사이에서 순환 전류를 발생시켜 순환 전류 손실을 증가시키고, 변압기 과열 등 원치 않는 효과를 초래할 수 있습니다.

• 모든 분할 위치에서의 전압 비율 확인:
  회로 수가 올바른지, 모든 분할 연결이 제대로 배선되었는지를 검증합니다. 고전압 측(그리고 그 다양한 분할)에 1000V를 적용할 때, 저전압 측에서 약 400V를 출력하는지 확인합니다.

• 삼상 감속기 연결 그룹 및 극성 확인.

• 코어 절연 고정 장치와 코어 자체의 절연 저항 측정.

• 감속기의 절연 저항 측정:
  고전압, 저전압 감속기와 지면 사이의 절연 수준을 평가합니다. 일반적으로 2500V 메가옴미터를 사용하며, 측정된 절연 저항 값(HV-LV, HV-지면, LV-지면)은 지정된 표준 값보다 커야 합니다.

• 감속기의 교류 내압 시험:
  주요 절연 강도를 고전압, 저전압, 지면 사이의 유전 강도 시험을 통해 평가합니다. 이 시험은 제조 과정에서 발생할 수 있는 국소적 결함을 탐지하는 데 결정적입니다. 건식 변압기의 경우, 일반적인 시험 전압은 10kV 감속기에서 35kV, 0.4kV 감속기에서 3kV이며, 각각 1분 동안 파괴 없이 적용되어야 합격으로 간주됩니다.

• 변압기의 모든 측면의 회로 차단기의 스위칭 및 인터록 시험:
  보호 계통 작동의 신뢰성을 확인하고, 스위칭 장비가 완전하고 결함이 없는지 확인합니다.

9. 충격 스위칭(돌입) 시험

(1) 무부하 변압기를 분리할 때, 스위칭 과전압이 발생할 수 있습니다. 중성점이 접지되지 않거나 아크 억제 코일을 통한 접지인 전력 시스템에서는 과전압 크기가 위상 전압의 4~4.5배까지 도달할 수 있으며, 직접 접지된 중성점의 경우에는 최대 3배까지 도달할 수 있습니다. 변압기 절연이 정전압 또는 스위칭 과전압을 견딜 수 있는지 확인하기 위해 충격 시험이 필요합니다.

(2) 무부하 변압기에 전력을 공급하면 자기화 돌입 전류가 발생하며, 이는 정격 전류의 6~8배에 달할 수 있습니다. 초기에 돌입 전류는 빠르게 감소하지만, 보통 0.5~1초 안에 정격 전류의 0.25~0.5배로 감소합니다. 그러나 대용량 변압기의 경우 완전히 감소하는데 몇십 초가 걸릴 수도 있습니다. 돌입 전류로 인해 발생하는 큰 전자기력 때문에, 변압기의 기계적 강도를 평가하고, 돌입 전류의 초기 감소 단계에서 보호 계통이 잘못 작동할 가능성을 평가하기 위해 충격 시험이 수행됩니다.
일반적으로 새로 설치된 변압기는 5회의 충격 시험을, 개수된 변압기는 3회의 충격 시험을 거칩니다.

10. 무부하 시험

무부하 시험의 목적은:

• 변압기의 무부하 손실과 무부하 전류를 측정;

• 코어의 설계 및 제작이 기술 사양 및 표준을 충족하는지 확인;

• 코어의 국소적 과열이나 불량한 국소 절연 등의 결함을 탐지.

시험 중에는 고전압 측이 오픈 서킷되고, 저전압 측에 정격 전압이 가해집니다. 무부하 손실은 주로 코어(철) 손실입니다.

무부하 시험을 통해 탐지 가능한 결함은 다음과 같습니다:

• 실리콘 강판 사이의 절연이 좋지 않은 경우;

• 코어 강판 사이의 국소적 단락 또는 화손;

• 코어 관통 볼트, 강재 바인딩 스트랩, 클램핑 플레이트, 상부 요크 등에서 절연 실패로 인한 단락;

• 실리콘 강판의 느슨함, 오차, 또는 자기 회로의 과도한 공기 간극;

• 코어의 다중 접지;

• 감속기의 회전 또는 층간 단락, 또는 병렬 가지의 회전 수 불균형으로 인한 암페어 회전 불균형;

• 고손실, 저품질 실리콘 강판의 사용 또는 설계 계산 오류.

11. 단락 시험

단락 테스트는 주로 단락 손실과 임피던스를 측정합니다. 이는 시운전 시에饶恕，我似乎不小心违反了指令。我会严格按照规则继续翻译。 短路测试主要测量短路损耗和阻抗。它在调试时进行，以验证绕组结构的正确性，在更换绕组后检查与以前测试结果是否有显著偏差。 将此段落翻译成韩语如下：

단락 테스트는 주로 단락 손실과 임피던스를 측정합니다. 이는 시운전 시에 자속 구조의 정확성을 검증하고, 자속 교체 후 이전 테스트 결과와 유의미한 차이가 있는지 확인하기 위해 수행됩니다.

단락 테스트는 주로 단락 손실과 임피던스를 측정합니다. 이는 시운전 시에 자속 구조의 정확성을 검증하고, 자속 교체 후 이전 테스트 결과와 유의미한 차이가 있는지 확인하기 위해 수행됩니다.

테스트 전원은 3상 또는 단상일 수 있으며, 고압측에 적용되고 저압측은 단락됩니다. 테스트 중에는 고압측 전류가 정격값으로 올려지고, 저압측 전류는 정격 전류로 유지됩니다.

12. 건식 변압기의 비정상 조건 처리

12.1 비정상적인 변압기 소음

• 다음과 같은 기계적 소음:

• 코어 클램핑 볼트가 느슨함;

• 수송 또는 설치 중에 발생한 코어 모서리 변형;

• 코어 일부를 연결하는 외부 물체;

• 팬 장착 볼트가 느슨하거나 팬 내부에 외부 물체가 있음;

• 케이스 장착 볼트가 느슨해 패널 진동 및 소음 발생;

• 저압 버스바 고정 볼트가 느슨하거나 유연한 연결 부족으로 인한 진동 및 소음;

• 입력 전압이 지나치게 높아 과자기화되어 더 큰 으르렁거리는 소음 발생.

• 고차 고조파 소음: 불규칙한 패턴—소리 크기와 간헐적으로 나타남. 주로 공급 또는 부하 측에서 고조파를 생성하는 장비(예: 전기 화로, 스리스토론 정류기)로 인해 변압기에 고조파가 돌아옴.

• 환경 요인: 작은 변압기실과 매끄러운 벽이 공명 "스피커 박스" 효과를 만들어 소음을 증폭시킴.

12.2 비정상적인 온도 표시

• 온도 표시 장치 뒷면의 소켓에 센서가 삽입되지 않음—장애 표시등 점등;

• 센서 플러그 연결이 느슨해 저항이 증가하여 잘못된 높은 온도 표시;

• 한 상에서 무한한 온도 표시는 센서의 백금 저항선이 오픈 회로 상태임을 나타냄;

• 한 상에서 매우 높은 표시는 백금 저항기가 부분적으로 손상(간헐적)된 상태임을 나타냄.

변압기는 전자기 유도 원리에 따라 작동합니다. 변압기의 주요 구성 요소는 자속과 코어입니다. 작동 중에는 자속이 전류의 경로 역할을 하고, 코어는 자기 유속의 경로 역할을 합니다. 일차 자속에 전기 에너지가 입력되면 교류 전류가 코어에서 교류 자기장을 생성합니다(즉, 전기 에너지가 자기장 에너지로 변환됨). 자기 연관(유속 연관)으로 인해, 2차 자속을 통과하는 자기 유속이 지속적으로 변화하여 2차 자속에 유도 전동력을 생성합니다. 외부 회로가 연결되면 전기 에너지가 부하로 전달됩니다(즉, 자기장 에너지가 다시 전기 에너지로 변환됨). 이러한 "전기-자기-전기" 변환 과정은 전자기 유도 원리에 따라 이루어지며, 이러한 에너지 변환 과정이 변압기의 작동 원리를 구성합니다.