변압기 코어 접지 고장 진단 및 제거 방법

변압기의 와인딩과 코어는 전자기 에너지를 전송하고 변환하는 주요 구성 요소입니다. 이들 구성 요소의 안정적인 작동은 중요한 문제입니다. 통계 데이터에 따르면, 코어 관련 문제는 변압기 고장의 세 번째로 높은 원인이 됩니다. 제조업체들은 코어 결함에 더욱 주목하고, 신뢰성 있는 코어 접지, 코어 접지 모니터링, 그리고 단일점 접지 보장을 위한 기술적 개선을 실시하였습니다. 운영 부서 역시 코어 결함의 감지와 식별에 중점을 두고 있습니다. 그럼에도 불구하고, 다중점 접지와 불량한 코어 접지로 인해 변압기의 코어 결함이 여전히 자주 발생합니다. 이 글에서는 이러한 두 가지 유형의 결함에 대한 진단 및 처리 방법을 소개합니다.

1. 다중점 접지 결함의 제거

1.1 변압기를 운전에서 멈추지 못할 때의 임시 조치

• 외부 접지 선이 있고, 결함 전류가 상대적으로 크다면, 작동 중에 접지 선을 일시적으로 분리할 수 있습니다. 그러나 결함 지점이 사라진 후 코어가 플로팅 전위를 갖지 않도록 철저한 모니터링이 필요합니다.

• 다중점 접지 결함이 불안정하다면, 가변 저항(변저기)을 작동 접지 회로에 삽입하여 전류를 1A 미만으로 제한할 수 있습니다. 저항 값은 정상적인 접지 선을 열었을 때 측정된 전압을 접지 선을 통해 흐르는 전류로 나누어 결정됩니다.

• 염색체 분석을 사용하여 결함 위치에서의 가스 생성률을 모니터링해야 합니다.

• 측정을 통해 정확하게 결함 지점을 찾은 후, 직접 수리를 할 수 없다면, 정상적인 코어 접지 스트랩을 결함 지점과 동일한 위치로 옮겨 순환 전류를 크게 줄일 수 있습니다.

1.2 철저한 유지보수 조치

모니터링을 통해 다중점 접지 결함이 확인되면, 가능한 경우 변압기를 즉시 정전시키고 완전한 수리를 진행하여 결함을 완전히 제거해야 합니다. 다중점 접지의 종류와 원인에 따라 적절한 유지보수 방법을 선택해야 합니다. 그러나 일부 경우에는 정전시키고 코어를 제거하더라도 결함 지점을 찾을 수 없는 경우가 있습니다. 현장에서 정확하게 접지 지점을 찾기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다:

• 직류 방법: 코어와 클램핑 프레임 사이의 본딩 스트랩을 분리합니다. 양쪽 요크의 실리콘 강판 사이에 6V 직류 전압을 걸고, 그 다음 DC 볼트미터를 사용하여 인접한 강판 사이의 전압을 순차적으로 측정합니다. 전압이 0이나 극성이 반전되는 위치가 결함 접지 지점입니다.

• 교류 방법: 저압 와인딩에 220-380V 교류 전압을 걸어 코어에 자기 유속을 생성합니다. 코어-클램프 본딩 스트랩을 분리한 상태에서 밀리암미터를 사용하여 다중점 접지 결함을 나타내는 전류 흐름을 감지합니다. 요크의 각 강판 레벨을 따라 밀리암미터 프로브를 이동하며, 전류가 0으로 떨어지는 지점이 결함 위치입니다.

2. 다중점 접지로 인한 이상 현상

• 코어에 소용돌이 전류가 유도되어 코어 손실이 증가하고 국소 과열이 발생합니다.

• 심각한 다중점 접지가 장기간 방치되면, 지속적인 운전으로 인해 오일과 와인딩이 과열되며, 점진적으로 오일-종이 절연재가 노화됩니다. 이로 인해 층간 절연 코팅이 악화되고 벗겨져 더 심각한 코어 과열과 결국 코어 소멸을 초래할 수 있습니다.

• 오랜 기간 동안의 다중점 접지는 유침식 변압기의 절연유를 저하시켜 가연성 가스를 생성할 수 있으며, 이는 부흐홀츠 (가스) 계전기를 작동시킬 수 있습니다.

• 코어 과열은 변압기 탱크 내의 목재 블록과 클램핑 부품을 탄화시킬 수 있습니다.

• 심각한 다중점 접지는 접지 도체를 태워 변압기의 정상적인 단일점 접지를 잃게 만들 수 있으며, 이는 매우 위험한 상황입니다.

• 다중점 접지는 부분 방전 현상을 유발할 수도 있습니다.

3. 정상 운전 중 코어가 단일점에서만 접지되어야 하는 이유

정상 운전 중에는 전기화된 와인딩과 변압기 탱크 사이에 전기장이 존재합니다. 코어와 다른 금속 부품은 이 필드 내에 위치합니다. 용량 분포의 불균형과 필드 강도의 변화로 인해, 코어가 신뢰성 있게 접지되지 않으면 충전-방전 현상이 발생하여 고체와 오일 절연재를 손상시킵니다. 따라서 코어는 반드시 단일점에서만 접지되어야 합니다.

코어는 실리콘 강판으로 구성되어 있습니다. 소용돌이 전류를 줄이기 위해 각 강판은 인접한 강판과 작은 저항(일반적으로 몇 오옴에서 수십 오옴)으로 절연됩니다. 그러나 매우 높은 층간 용량으로 인해, 강판은 교류 전기장 하에서 도체 경로처럼 작용합니다. 따라서 코어를 단일점에서 접지하면 전체 스택을 접지 전위로 고정할 수 있습니다.

코어나 그 금속 부품이 두 개 이상의 접지점(다중점 접지)을 가지고 있다면, 이 접지점들 사이에 폐회로가 형성됩니다. 이 폐회로는 일부 자기 유속을 연결하여 전동력과 순환 전류를 유도하여 국소 과열을 초래하고, 심지어 코어를 소멸시킬 수도 있습니다.

변압기 코어의 단일점 접지만이 신뢰성 있고 정상적인 접지이며, 즉 코어는 접지되어야 하며 반드시 단일점에서만 접지되어야 합니다.

코어 고장의 주요 원인은 두 가지로 나눌 수 있습니다: (1) 단락을 일으키는 불량한 시공 방법, (2) 부속품이나 외부 요인으로 인한 다점 접지.