전력 변압기의 절연 고장 분석 및 보정 조치

가장 널리 사용되는 전력 변압기: 유변압기와 건식 수지 변압기

오늘날 가장 널리 사용되는 두 가지 전력 변압기는 유변압기와 건식 수지 변압기입니다. 전력 변압기의 절연 시스템은 다양한 절연 재료로 구성되며, 이는 정상적인 작동에 근본적입니다. 변압기의 수명은 주로 절연 재료(유지-종이 또는 수지)의 수명에 의해 결정됩니다.

실제로 대부분의 변압기 고장은 절연 시스템의 손상으로 인해 발생합니다. 통계에 따르면 절연과 관련된 고장은 모든 변압기 사고의 85% 이상을 차지합니다. 적절한 유지보수와 절연 관리를 통해 변압기는 매우 긴 수명을 달성할 수 있습니다. 따라서 정상적인 변압기 작동을 보호하고 절연 시스템의 합리적인 유지보수를 강화함으로써 변압기의 수명을 크게 확보할 수 있으며, 예방 및 예측 유지보수는 변압기의 수명 연장과 전력 공급 신뢰성 향상의 핵심입니다.

1. 고체 종이 절연 고장

유변압기에서는 주요 절연 재료는 절연유와 고체 절연 재료(절연 종이, 압축판, 목재 블록 등)입니다. 변압기 절연 노화는 이러한 재료가 환경 요인에 의해 분해되어 절연 강도가 감소하거나 상실되는 것을 의미합니다.

고체 종이 절연은 유변압기 절연 시스템의 주요 구성 요소로서, 절연 종이, 판, 패드, 롤, 결합 테이프 등을 포함합니다. 그 주요 성분은 (C6H10O5)n이라는 화학식을 가진 셀룰로스이며, 여기서 n은 중합도(DP)를 나타냅니다. 새로운 종이는 일반적으로 DP가 약 1300이며, 기계적 강도가 절반 이상 감소하면 대략 250으로 줄어듭니다. 

극도로 노화되어 DP가 150-200일 때, 재료는 수명이 다한 것으로 간주됩니다. 절연 종이가 노화되면 DP와 인장강도가 점차 감소하며 물, CO, CO2, 푸르푸랄(후란 알데히드)을 생성합니다. 이러한 노화 부산물은 대부분 전기 장비에 해롭으며, 절연 종이의 내전압과 체적 저항률을 감소시키고, 유전 손실을 증가시키며, 인장강도를 감소시키고, 금속 부품을 부식시킬 수 있습니다. 

고체 절연은 역회복 불가능한 노화 특성을 나타내며, 기계적 및 전기적 강도의 저하는 복구할 수 없습니다. 변압기의 수명이 주로 절연 재료의 수명에 의존하기 때문에, 유변압기의 고체 절연 재료는 우수한 전기 절연 특성과 기계적 특성을 갖추어야 하며, 수년간의 운전 동안 느린 성능 저하를 나타내어야 합니다—이는 좋은 노화 특성을 의미합니다.

1.1 종이 섬유 재료의 특성

절연 종이 섬유 재료는 유변압기에서 가장 중요한 절연 구성 요소입니다. 종이 섬유는 식물의 기본적인 고체 조직 구성 요소입니다. 금속 도체처럼 많은 자유 전자를 가진 것과 달리, 절연 재료는 거의 자유 전자를 가지고 있지 않으며, 주로 이온 전도에 의한 미세한 전류만 존재합니다. 셀룰로스는 탄소, 수소, 산소로 구성되며, 분자 구조에 수소기를 가지고 있어 물을 형성할 수 있는 잠재력을 가지고 있어, 종이 섬유는 습기를 흡수하는 특성을 가지고 있습니다. 

또한, 이러한 수소기는 다양한 극성 분자(예: 산과 물)에 둘러싸여 수소 결합으로 연결되어 있어, 섬유가 손상되기 쉽습니다. 종이 섬유는 일반적으로 약 7%의 불순물, 특히 습기를 포함하고 있습니다. 섬유의 콜로이드 특성으로 인해 이 습기는 완전히 제거할 수 없으며, 종이 섬유의 성능에 영향을 미칩니다.

극성 섬유는 쉽게 습기를 흡수하며(물은 강한 극성 매체입니다). 종이 섬유가 물을 흡수하면, 수소기 사이의 상호작용이 약해져 불안정한 섬유 구조 상태에서 기계적 강도가 급격히 저하됩니다. 따라서, 절연 구성 요소로서의 종이를 사용하기 전에는 건조 또는 진공 건조 처리 후, 기름이나 절연 방부제로 충전하는 것이 일반적입니다.

충전의 목적은 섬유를 습기로 유지하여, 더 높은 절연 및 화학적 안정성과 함께 개선된 기계적 강도를 보장하는 것입니다. 또한, 방부제로 종이를 밀봉하면 습기 흡수를 줄이고, 재료의 산화를 방지하며, 공극을 채워 절연 성능에 영향을 미치고 부분 방전 및 전기 파괴를 일으키는 기포를 최소화합니다. 그러나 일부 사람들은 방부제 충전 후 기름 침투가 방부제 일부가 기름에 점진적으로 용해되어 기름 성능에 영향을 미칠 수 있다고 생각하므로, 그러한 페인트 적용에 주의를 기울여야 합니다.

물론, 다른 섬유 재료 구성과 같은 구성의 섬유 재료의 다양한 품질 수준은 서로 다른 영향과 특성을 가집니다. 예를 들어, 면은 가장 높은 섬유 함량을 가지며, 자단마는 가장 강한 섬유를 가지고 있으며, 특정 수입된 절연 압축판은 일부 국내 제지보다 현저하게 우수한 성능을 나타냅니다. 대부분의 변압기 절연 재료는 다양한 형태의 종이(예: 종이 테이프, 압축판, 압착 성형 종이 구성 요소)를 절연 재료로 사용합니다.

따라서, 변압기 제조 및 유지보수 과정에서 품질 좋은 섬유 기반 절연 종이 재료를 선택하는 것은 중요합니다. 섬유 종이는 실용성, 낮은 비용, 편리한 가공, 중간 온도에서 간단한 성형 및 처리, 경량, 중간 강도, 그리고 충전 재료(예: 절연 방부제 및 변압기 기름)의 흡수 용이성 등의 특별한 장점을 제공합니다.

1.2 종이 절연 재료의 기계적 강도

유변압기에서 종이 절연 재료를 선택할 때, 섬유 구성, 밀도, 투과성, 균일성 외에도 다음과 같은 기계적 강도 요구 사항이 중요합니다:

• 인장강도: 종이 섬유가 인장 하중 아래에서 파단되지 않고 견딜 수 있는 최대 응력입니다.

• 파괴강도: 종이 섬유가 압력 하에서 파괴되지 않고 견딜 수 있는 능력을 측정합니다.

• 열강도: 종이 섬유를 찢는데 필요한 힘이 관련 표준을 충족해야 합니다.

• 강도: 종이나 프레스보드의 접힘 또는 구부러짐 강도는 해당 요구 사항을 충족해야 합니다.

고체 절연 성능은 샘플링을 통해 종이나 프레스보드의 중합도를 측정하거나 고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 기름 속 푸르팔 수치를 측정하여 평가할 수 있습니다. 이를 통해 내부 변압기 결함이 고체 절연과 관련되어 있는지, 낮은 온도의 과열이 감전부 인슐레이션의 국소적인 노화를 일으키는지, 또는 고체 절연의 노화 정도를 판단하는 데 도움이 됩니다. 작동 및 유지보수 중인 종이 섬유 절연 재료에 대해서는 변압기 정격 부하를 제어하고, 운영 환경에서 공기 순환과 열 방출이 잘 이루어지도록 하여 변압기의 과도한 온도 상승과 탱크의 기름 부족을 방지해야 합니다. 또한 기름의 오염 및 변질을 방지하여 섬유의 노화를 가속화하지 않아야 합니다. 이렇게 함으로써 변압기의 절연 성능, 수명, 안전한 운전을 보장할 수 있습니다.

1.3 종이 섬유 재료의 열화

이것은 주로 세 가지 측면을 포함합니다:

• 섬유의 취성화: 과도한 열로 인해 섬유 재료로부터 수분이 분리되면 섬유의 취성화가 가속화됩니다. 취성이 생긴 종이는 기계적 진동, 전자역학적 스트레스, 운영 파동의 영향으로 절연 실패와 전기 사고를 초래할 수 있습니다.

• 섬유 재료의 기계적 강도 저하: 섬유 재료의 기계적 강도는 가열 시간이 길어짐에 따라 감소합니다. 변압기의 가열로 인해 절연 재료로부터 다시 수분이 배출되면 절연 저항 값이 증가할 수 있지만, 기계적 강도는 크게 감소하여 단락 전류나 임펄스 부하에 따른 기계적 힘을 견디지 못하게 됩니다.

• 섬유 재료의 수축: 취성화 후 섬유 재료는 수축하여 압착력이 줄어들게 됩니다. 이로 인해 전자기 진동이나 임펄스 전압 아래에서 변압기 와인딩의 이동과 마찰이 발생하여 절연이 손상될 수 있습니다.

2. 유체 기름 절연 실패

유침식 변압기는 1887년 미국 과학자 톰슨에 의해 발명되었으며, 1892년 제너럴 일렉트릭 등에 의해 전력 변압기 응용으로 촉진되었습니다. 여기서 말하는 유체 절연은 변압기 기름 절연을 의미합니다.

2.1 유침식 변압기의 특징:

① 전기 절연 강도를 크게 향상시키고, 절연 거리를 단축하며, 장비 부피를 줄입니다; ② 효과적인 열 전달 및 방출을 크게 향상시켜, 도체의 허용 전류 밀도를 증가시키고, 장비 무게를 줄입니다. 작동 중인 변압기 코어의 열은 변압기 기름의 열순환을 통해 변압기 케이싱과 라디에이터로 전달되어 방출되므로, 효과적인 냉각이 이루어집니다; ③ 유침 및 밀봉으로 일부 내부 구성 요소 및 조립품의 산화를 줄여, 수명을 연장합니다.

2.2 변압기 기름의 특성

작동 중인 변압기 기름은 안정적이며, 우수한 절연 및 열전도 특성을 갖추어야 합니다. 주요 특성에는 절연 강도 (tan δ), 점도, 유동점, 그리고 산가가 포함됩니다. 석유에서 정제된 절연유는 다양한 탄화수소, 수지, 산, 기타 불순물의 혼합물로, 그 특성이 완전히 안정적이지 않습니다. 온도, 전기장, 광효과 하에서 기름은 계속 산화됩니다. 일반적으로 이 산화 과정은 천천히 진행되며, 적절한 유지보수로 최대 20년 동안 기름의 품질을 유지할 수 있습니다. 그러나 기름에 혼입된 금속, 불순물, 가스는 산화를 가속화하여 기름의 품질을 저하시킵니다. 이로 인해 기름의 색깔이 어두워지고, 투명도가 흐려지며, 수분 함량, 산가, 회분 함량이 증가하여 기름의 특성이 저하됩니다.

2.3 변압기 기름 열화의 원인

변압기 기름의 열화는 심각성에 따라 오염과 열화 단계로 나눌 수 있습니다.

오염은 기름에 수분과 불순물이 혼입되는 것을 의미하며, 이것은 산화 제품이 아닙니다. 오염된 기름은 절연 성능이 저하되고, 절연 파괴 전기장 강도가 감소하며, 유전 손실 각도가 증가합니다.

열화는 기름의 산화로 인해 발생합니다. 이 산화는 순수 기름의 탄화수소 산화뿐만 아니라, 기름 속 불순물, 특히 구리, 철, 알루미늄 같은 금속 입자가 산화 과정을 가속화하기 때문입니다.

산소는 변압기 내부의 공기에서 비롯됩니다. 완전히 밀봉된 변압기에서도 약 0.25%의 산소가 존재합니다. 산소는 높은 용해도를 가지고 있어, 기름 속 용해된 가스 중에서 높은 비율을 차지합니다.

변압기 기름의 산화 과정에서, 수분은 촉매 역할을 하고, 열은 가속제 역할을 합니다. 이로 인해 변압기 기름은 슬러지를 생성합니다. 이는 주로 다음과 같은 방법으로 성능에 영향을 미칩니다: 전기장의 영향으로 큰 침전물 입자가 형성되고, 불순물의 침전이 가장 강한 전기장 지역에 집중되어 변압기 절연 사이에 전도 "다리"를 형성합니다; 불균일한 침전은 별도의 긴 줄로 형성되어 전기장 선에 맞춰 배열되어, 열 방출을 방해하고, 절연 재료의 노화를 가속화하며, 절연 저항을 감소시키고, 절연 수준을 낮춥니다.

2.4 변압기 기름 열화 과정

기름의 열화 과정에서 주요 부산물로는 과산화물, 산, 알코올, 케톤, 슬러지가 생성됩니다.

초기 열화 단계: 기름은 과산화물을 생성하여 절연 섬유 재료와 반응하여 산화 셀룰로스를 형성하여, 절연 섬유의 기계적 강도를 감소시키고, 취성화와 절연 수축을 일으킵니다. 생성된 산은 점성 있는 지방산입니다. 미네랄 산보다는 부식성이 덜하지만, 유기 절연 재료에 대한 성장률과 영향은 상당합니다.

후기 열화 단계: 산이 구리, 철, 절연 분무제 및 기타 재료를 부식시키면서 슬러지가 형성됩니다. 이는 점성이 있고 아스팔트와 같은 고분자 전도성 물질로 변합니다. 기름에 약간 녹아들며 전기장의 영향으로 빠르게 형성되며, 절연재료나 변압기 탱크 가장자리에 붙거나 오일 파이프와 라디에이터 핀에 침착하여 변압기 작동 온도를 증가시키고 절연 강도를 감소시킵니다.

오일 산화 과정은 두 가지 주요 반응 조건으로 구성됩니다. 첫째, 변압기에서 산도 값이 지나치게 높아 오일이 산성화되는 것입니다. 둘째, 오일에 녹아 있는 산화물이 오일에 녹지 않는 화합물로 변하면서 점진적으로 변압기 오일의 품질이 저하됩니다.

2.5 변압기 오일 분석, 평가 및 유지보수

① 절연유 열화: 물리적 및 화학적 특성이 변화하여 전기 성능이 저하됩니다. 오일의 산도 값, 계면장력, 슬러지 침전, 수용성 산도 값을 시험하여 이러한 결함 유형이 존재하는지 판단할 수 있습니다. 오일 재생 처리는 열화 제품을 제거할 수 있지만, 이 과정에서 자연적인 항산화제가 제거될 수도 있습니다.

② 절연유 수분 오염: 수분은 강한 극성 물질로 전기장 하에서 쉽게 이온화되고 분해되어 절연유의 도전 전류를 증가시킵니다. 미세한 수분이라도 절연유의 유전 손실을 크게 증가시킵니다. 오일의 수분 함량을 시험하여 이러한 결함 유형을 식별할 수 있습니다. 압력 진공 오일 여과는 일반적으로 수분을 제거합니다.

③ 절연유의 미생물 오염: 주 변압기 설치 또는 코어 리프팅 중 절연 부품에 있는 곤충이나 사람의 땀 잔여물이 박테리아를 가지고 있어 절연유를 오염시킬 수 있습니다. 또는 오일 자체가 이미 미생물에 감염되었을 수도 있습니다. 주 변압기는 보통 40-80°C의 환경에서 작동하며, 이는 미생물의 성장과 번식에 매우 유리한 조건입니다. 미생물과 그 배설물의 미네랄 및 단백질은 절연유보다 훨씬 낮은 절연 특성을 가지므로, 오일의 유전 손실을 증가시킵니다. 현장 순환 처리로 이 결함을 해결하기는 어렵습니다. 일부 미생물은 항상 고체 절연재에 남아 있기 때문입니다. 처리 후 변압기 절연은 일시적으로 회복될 수 있지만, 운전 환경은 미생물의 재성장을 유리하게 하여 절연이 해마다 저하됩니다.

④ 오일에 용해된 극성 물질인 알키드 수지 절연 분무제: 전기장 하에서 극성 물질은 디폴 이완 극화를 겪으며, 교류 극화 과정에서 에너지를 소비하여 오일의 유전 손실을 증가시킵니다. 절연 분무제는 출고 전 경화 처리를 거치지만, 완전하지 않은 경우가 있습니다. 일정 시간 동안 작동하면 완전히 처리되지 않은 분무제가 점차 오일에 용해되어 절연 성능이 점진적으로 저하됩니다. 이 결함의 발생 시간은 분무제 처리의 완전성과 관련이 있으며, 한두 번의 흡착 처리로 어느 정도 효과를 얻을 수 있습니다.

⑤ 오직 수분과 불순물로 오염된 오일: 이러한 오염은 오일의 기본 특성을 바꾸지 않습니다. 수분은 건조를 통해 제거할 수 있으며, 불순물은 여과를 통해 제거할 수 있고, 오일 내 공기는 진공 펌핑을 통해 제거할 수 있습니다.

⑥ 두 개 이상의 다른 출처의 절연유 혼합: 오일의 특성은 관련 사양을 충족해야 하며, 오일의 비중, 응결 온도, 점성, 플래시 포인트는 유사해야 하며, 혼합 오일의 안정성은 요구 사항을 충족해야 합니다. 열화된 혼합 오일의 경우, 화학적 재생 방법이 필요하여 열화 제품을 분리하고 특성을 복원할 수 있습니다.

3. 건식 수지 변압기 절연 및 특성

건식 변압기(여기서는 에폭시 수지 절연 변압기를 의미)는 고층 건물, 공항, 유류 창고 등 화재 안전 요구사항이 높은 장소에서 주로 사용됩니다.

3.1 수지 절연의 종류

에폭시 수지 절연 변압기는 제조 공정 특성에 따라 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다: 에폭시-쿼츠 모래 혼합 진공 주입형, 에폭시 무알칼리 유리 섬유 강화 진공 차압 주입형, 그리고 무알칼리 유리 섬유 감싸기 적침형.

① 에폭시-쿼츠 모래 혼합 진공 주입 절연: 이러한 변압기는 에폭시 수지의 충전재로 쿼츠 모래를 사용합니다. 절연 분무제로 처리된 코일을 주입 금형에 넣고 에폭시 수지와 쿼츠 모래 혼합물을 진공 상태에서 주입합니다. 주입 공정의 어려움으로 인해 품질 요구 사항을 충족하기 어려울 수 있습니다. 예를 들어 잔여 기포, 혼합물의 국소적인 불균일성, 그리고 잠재적인 국소 열 스트레스 균열 때문에 이러한 절연 변압기는 습하고 더운 환경이나 부하 변동이 큰 지역에는 적합하지 않습니다.

② 에폭시 무알칼리 유리 섬유 강화 진공 차압 주입 절연: 이 방식은 짧은 무알칼리 유리 섬유 또는 유리 매트를 코일 사이의 외부 절연층으로 사용합니다. 최외부 절연 감싸기의 두께는 일반적으로 1-3mm의 얇은 절연입니다. 에폭시 수지 주입 재료와 적절한 비율로 혼합한 후, 고진공 상태에서 기포를 제거한 후 주입합니다. 감싸기 절연 두께가 얇기 때문에, 부적절한 적침으로 국소 방전점이 쉽게 형성될 수 있습니다. 따라서 주입 재료 혼합물은 완전해야 하며, 진공 탈기 작업은 철저해야 하며, 저점도와 주입 속도를 제어하여 주입 중 코일 패키지의 고급 적침을 보장해야 합니다.

③ 무알칼리 유리 섬유 감싸기 적침 절연: 이러한 변압기는 코일 감싸기 중에 층 절연 처리와 코일 적침을 동시에 수행합니다. 이전 두 적침 공정에서 필요한 코일 형성 금형이 필요하지 않지만, 감싸기 및 적침 중에 미세 기포를 유지하지 않는 저점도 수지가 필요합니다.

3.2 수지 변압기의 절연 특성 및 유지보수

수지 변압기의 절연 수준은 오일 잠김 변압기와 크게 다르지 않으며, 주요 차이는 온도 상승과 부분 방전 측정에 있습니다.

① 온도 상승 특성: 수지 변압기는 기름침적 변압기에 비해 평균 온도 상승 수준이 더 높아 고온 내구 등급의 절연 재료가 필요합니다. 그러나 평균 온도 상승은 감속선에서 가장 뜨거운 부분의 온도를 반영하지 않습니다. 절연 재료의 고온 내구 등급을 단순히 평균 온도 상승에 근거하여 선택하거나 부적절하게 선택하거나 수지 변압기가 장기간 과부하 상태로 작동할 경우 변압기의 수명이 영향을 받습니다.

측정된 변압기의 온도 상승은 종종 가장 뜨거운 부분의 온도를 반영하지 않으므로 가능하다면 적외선 온도계로 최대 부하 운전 중인 수지 변압기의 가장 뜨거운 부분을 확인해야 합니다. 냉각 팬의 방향과 각도를 적절히 조정하여 국소 온도 상승을 제어하고 안전한 변압기 운전을 보장해야 합니다.

② 부분 방전 특성: 수지 변압기의 부분 방전 크기는 전기장 분포, 수지 혼합물의 균일성, 잔여 기포나 수지 균열의 존재 여부와 관련이 있습니다. 부분 방전 크기는 수지 변압기의 성능, 품질, 수명에 영향을 미칩니다. 따라서 부분 방전 수준의 측정과 수용은 제조 공정 및 품질의 포괄적인 평가를 제공합니다. 수지 변압기의 인수 검사 시와 주요 수리 후에 부분 방전 측정을 수행하고 부분 방전의 변화를 통해 품질과 성능 안정성을 평가해야 합니다.

건식 변압기가 점점 더 널리 사용됨에 따라 변압기를 선택할 때는 제조 공정 구조, 절연 설계, 절연 구성 등을 철저히 이해해야 합니다. 완전한 생산 공정, 엄격한 품질 보증 시스템, 엄격한 생산 관리, 신뢰할 수 있는 기술 성능을 갖춘 제조업체의 제품을 선택하여 변압기 제품의 품질과 열 수명을 보장하고 안전한 운전 및 전력 공급 신뢰성을 향상시켜야 합니다.

4. 변압기 절연 실패에 영향을 미치는 주요 요인

변압기 절연 성능에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다: 온도, 습도, 기름 보호 방법, 과전압 효과.

4.1 온도 효과

전력 변압기는 기름-종이 절연을 사용하며, 기름과 종이의 수분 함유량 간에는 서로 다른 온도에서 균형 관계가 있습니다. 일반적으로 온도가 증가하면 종이의 수분이 기름으로 이동하고, 그 반대로 종이는 기름에서 수분을 흡수합니다. 따라서 높은 온도에서는 변압기 절연 기름의 미세 수분 함유량이 더 많고, 낮은 온도에서는 미세 수분 함유량이 적습니다.

다른 온도에서는 세포소의 고리를 열고, 사슬을 끊으며, 가스를 생성하는 정도가 다릅니다. 특정 온도에서는 CO와 CO2 생성 속도가 일정하여 시간에 따라 기름의 CO와 CO2 함유량이 선형적으로 증가합니다. 온도가 지속적으로 상승하면 CO와 CO2 생성 속도는 종종 지수적으로 증가합니다. 따라서 기름의 CO와 CO2 함유량은 절연 종이의 열 노화와 직접 관련되어 있으며, 밀폐형 변압기의 종이층 이상을 판단하는 하나의 기준이 될 수 있습니다.

변압기 수명은 절연 노화 정도에 따라 달라지고, 이는 다시 운전 온도에 따라 달라집니다. 예를 들어, 정격 부하에서 기름침적 변압기의 평균 감속선 온도 상승은 65°C이고 가장 뜨거운 부분의 온도 상승은 78°C입니다. 평균 환경 온도가 20°C인 경우, 가장 뜨거운 부분의 온도는 98°C에 도달하여 20-30년 동안 운전이 가능합니다. 변압기가 과부하 상태로 운전되어 온도가 증가하면 수명이 짧아집니다.

국제 전기기술위원회(IEC)는 A급 절연 변압기의 80-140°C 범위에서 6°C마다 변압기 절연의 효과적인 수명 감소율이 두 배로 증가한다고 명시하고 있습니다. 이를 6°C 규칙이라고 하며, 이전에 받아들여진 8°C 규칙보다 더 엄격한 열 제한을 나타냅니다.

4.2 습도 효과

습기의 존재는 세포소의 분해를 가속화합니다. 따라서 CO와 CO2 생성은 세포소 소재의 수분 함유량과 관련이 있습니다. 일정한 습도에서 높은 수분 함유량은 더 많은 CO2를 생성하고, 낮은 수분 함유량은 더 많은 CO를 생성합니다.

절연 기름의 미세 수분은 절연 특성에 중요한 영향을 미치는 요소입니다. 절연 기름의 미세 수분은 절연 매체의 전기적 및 물리화학적 특성에 큰 해를 끼칩니다. 수분은 절연 기름의 스파크 방전 전압을 감소시키고, 유전 손실 계수(tan δ)를 증가시키며, 절연 기름의 노화를 가속화하고, 절연 성능을 악화시킵니다. 설비가 습기에 노출되면 전력 설비의 운전 신뢰성과 수명이 감소할 뿐만 아니라 설비 손상과 심지어 개인 안전까지 위협할 수 있습니다.

4.3 기름 보호 방법 효과

변압기 기름의 산소는 절연 분해 반응을 가속화하며, 산소 함유량은 기름 보호 방법과 관련이 있습니다. 또한, 다른 보호 방법은 기름 속 CO와 CO2의 용해 및 확산 조건을 다르게 합니다. 예를 들어, CO는 용해도가 낮아 개방형 변압기에서 쉽게 기름 표면 공간으로 확산되므로, 일반적으로 CO 부피 분율은 300×10-6을 초과하지 않습니다. 밀폐형 변압기에서는 기름 표면이 공기와 격리되어 CO와 CO2가 쉽게 발산되지 않아 높은 함유량을 보입니다.

4.4 과전압 효과

① 일시적 과전압 효과: 정상적으로 작동하는 3상 변압기는 상간 전압의 58%의 대지 전압을 생성합니다. 그러나 단상 고장 시, 중성 접지 시스템에서는 주 절연 전압이 30% 증가하고, 중성 비접지 시스템에서는 73% 증가하여 절연이 손상될 수 있습니다.

② 번개 과전압 효과: 번개 과전압은 급격한 파형을 가지고 있어 종단 절연(턴-투-턴, 층-투-층, 디스크-투-디스크)에 매우 불균등한 전압 분포를 일으키며, 절연에 방전 흔적을 남기고 고체 절연을 손상시킬 수 있습니다.

③ 전환 과전압 영향: 전환 과전압은 비교적 서서히 진행되는 파형을 가지고 있어 거의 선형적인 전압 분포를 초래합니다. 전환 과전압 파동이 한 권선에서 다른 권선으로 이동할 때, 전압은 두 권선 간의 회전비와 거의 비례하여 주 절연 또는 상간 절연의 열화 및 손상을 쉽게 일으킵니다.

4.5 단락 전기역학적 영향

외부 단락 시 발생하는 전기역학적 힘은 변압기의 권선을 변형시키고 리드를 이동시켜 원래의 절연 거리를 변경할 수 있으며, 이로 인해 절연 재료가 가열되고 노화가 가속화되거나 손상되어 방전, 아크, 단락 고장이 발생할 수 있습니다.

5. 결론

요약하면, 전력 변압기의 절연 성능을 이해하고 합리적인 운전 및 유지 관리를 실시하는 것은 변압기의 안전성, 수명, 그리고 전력 공급 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 전력 시스템의 중요한 주요 장비인 전력 변압기의 운전, 유지 보수 담당자 및 관리자는 변압기의 절연 구조, 재료 특성, 공정 품질, 유지 보수 방법, 과학적인 진단 기술을 이해하고 숙지해야 합니다. 최적화된 합리적인 운영 관리를 통해만 전력 변압기의 효율성, 수명, 그리고 전력 공급 신뢰성을 보장할 수 있습니다.