전력 변압기 코어 및 클램프의 접지 방법 최적화

트랜스포머 접지 보호 조치는 두 가지 유형으로 나뉩니다: 첫 번째는 트랜스포머 중성점 접지입니다. 이 보호 조치는 트랜스포머 작동 중에 세상 부하 불균형으로 인해 발생하는 중성점 전압 이동을 방지하여 보호 장치가 신속하게 작동하고 단락 전류를 줄입니다. 이것은 트랜스포머의 기능적 접지로 간주됩니다. 두 번째 조치는 트랜스포머 코어와 클램프의 접지입니다.

이 보호는 작동 중 내부 자기장으로 인해 코어 및 클램프 표면에 유도 전압이 발생하여 부분 방전 고장이 발생하는 것을 방지합니다. 이것은 트랜스포머의 보호 접지로 간주됩니다. 트랜스포머의 안전하고 신뢰성 있는 작동을 위해 본 문서에서는 트랜스포머 코어 및 클램프에 대한 접지 방법을 분석하고 최적화합니다.

1. 코어 및 클램프 접지의 중요성

트랜스포머의 주요 내부 구성 요소는 다음과 같습니다: 와인딩, 코어, 클램프. 와인딩은 트랜스포머의 전기 회로를 형성하며, 코어는 자기 회로를 구성하고, 클램프는 주로 와인딩과 코어의 실리콘 강판을 고정하는 데 사용됩니다. 정상 작동 중에는 일차 및 이차 코일을 통해 전류가 흐르면서 자기장이 생성됩니다. 이러한 자기 환경에서 코어와 클램프 표면에 유도 전압이 발생합니다. 

자기장 강도가 증가함에 따라 자기 유량이 점점 커지면서 유도 전압이 점진적으로 상승합니다. 자기장 분포가 균일하지 않아서 유도 전압이 불균일하게 발생하면 잠재 차이가 생기며, 이로 인해 코어와 클램프 표면에서 지속적인 방전이 발생하여 트랜스포머 내부 고장이 발생합니다. 이러한 방전을 유발하는 전압은 "플로팅 전압"이라고 합니다. 따라서 작동 중에는 코어와 클램프를 단일 점에서 접지하여 유도 전압을 줄이고 제거해야 합니다.

트랜스포머 코어와 클램프를 접지할 때는 순환 전류가 코어와 클램프 사이에 발생하지 않도록 단일 접지점만 허용됩니다. 두 개 이상의 접지점이 존재하면 잠재 차이로 인해 코어와 클램프 사이에 순환 전류가 발생하여 트랜스포머 내부에서 비정상적인 온도 상승이 일어납니다. 이는 직접적으로 내부 고체 절연재를 손상시키고 절연유 노화를 가속화하여 트랜스포머의 정상 수명에 영향을 미칩니다.

2. 코어 및 클램프 접지 방법과 최적화 접근법

현재 중국의 트랜스포머 설계에서는 코어와 클램프 접지는 주로 작은 부싱 또는 절연 볼트를 통해 트랜스포머 탱크 외부로 연결한 후 접지되는 방식으로 이루어집니다. 이 접지 방법은 다시 두 가지 방법으로 나뉩니다:

첫 번째 접지 방법(도 1)은 코어와 클램프를 부싱 또는 절연 볼트를 통해 연결한 후 직접 단락시켜 접지합니다. 정상적인 트랜스포머 작동 중에는 이 접지 방법이 I1, I2, I3로 표시된 세 가지 전류 경로를 나타냅니다:

• I1: 코어 → 접지 단자 → 접지

• I2: 클램프 → 접지 단자 → 접지

• I3: 코어 → 접지 단자 → 접지 → 클램프

두 번째 접지 방법(도 2)은 코어와 클램프를 부싱 또는 절연 볼트를 통해 별도의 접지점으로 연결합니다. 이 접지 방법도 정상 작동 중 세 가지 전류 경로를 나타냅니다:

• I1: 코어 → 코어 접지점 → 접지

• I2: 클램프 → 클램프 접지점 → 접지

• I3: 코어 → 코어 접지점 → 지구 → 클램프 접지점 → 클램프

위에서 언급한 두 가지 접지 방법 중 유도 접지 전류 I1과 I2는 정상 상태를 나타냅니다. 그러나 유도 접지 전류 I3는 크게 다릅니다:

도 1에 표시된 접지 방법에서 유도 전류는 코어 → 접지 단자 → 클램프 경로를 통해 흐르며, 트랜스포머 코어와 클램프 사이에 "순환 전류"가 생성됩니다. 이 전류의 열 효과로 인해 트랜스포머 내부 온도가 비정상적으로 상승합니다. 고온은 직접적으로 고체 절연재의 열화와 절연유 노화를 초래합니다. 또한 순환 전류의 영향으로 인해 온라인 모니터링 시스템이 코어와 클램프의 접지 전류를 정확하게 측정할 수 없으며, 장비 고장 발생 시 오진단을 초래합니다. 따라서 첫 번째 접지 방법은 큰 단점이 있습니다.

반면, 도 2에 표시된 접지 방법은 유도 전류가 코어 → 코어 접지 → 지구 → 클램프 접지 → 클램프 경로를 통해 흐릅니다. 전류가 고저항 지구를 통과하므로 코어와 클램프 사이에 "순환 전류"가 형성되지 않습니다. 이렇게 하면 트랜스포머의 비정상적인 온도 상승을 방지하고, 온라인 모니터링 시스템이 코어와 클램프의 접지 전류를 정확하게 측정할 수 있습니다(DL/T 596-2021 전력 예방 시험 규정에 따르면, 트랜스포머 작동 중 코어 접지 전류는 0.1 A를 초과하지 않고, 클램프 접지 전류는 0.3 A를 초과하지 않아야 함). 이를 통해 트랜스포머 내부에 고장이 있는지 여부를 신뢰성 있게 판단할 수 있는 근거를 제공합니다.

xx-223000/500 무자극 전압 조절 전력 트랜스포머의 경우, 코어와 클램프는 도 1에 표시된 방법으로 접지되어 몇 가지 운전 문제를 야기합니다:

(1) 작동 중에 내부 코어와 클램프 사이에 "순환 전류"가 쉽게 형성됩니다. 열 효과로 인해 비정상적인 온도 상승이 발생하여 고체 절연재의 열화와 절연유 노화가 가속화되며, 이로 인해 트랜스포머의 수명이 감소합니다.

(2) "순환 전류"의 영향으로 인해 온라인 모니터링 시스템은 코어와 클램프의 접지 전류를 정확하게 측정할 수 없으며, 이로 인해 내부 결함을 판정하는 결정적인 증거를 제공할 수 없습니다.

(3) 코어와 클램프의 유도 접지 전류는 지속적으로 측정하여 온라인 시스템이 모니터링하는 누설 전류와 비교함으로써 모니터링 시스템의 정확성을 검증할 수 있습니다.

(4) 변압기 유지보수 및 수리 중에 코어/클램프와 접지 사이의 절연 저항을 측정할 때 외부 접지 선은 분리되어야 합니다. 이 변압기 모델은 코어와 클램프 연결에 M10 구리 볼트(접지와 절연됨)를 사용하며, 이는 뛰어난 도전성과 낮은 기계적 강도를 가지고 있으며 부러짐이 쉽습니다. 현장 작업 중에는 제한된 공간과 불균형한 힘으로 인해 구리 볼트가 쉽게 파손될 수 있습니다. 변압기의 컴팩트한 내부 구조로 인해 이러한 고장 해결을 위해서는 탱크 커버를 들어올려 교체해야 하며, 이는 정상적인 유지보수 주기와 운영 효율성을 저하시킵니다.

이 네 가지 문제점을 고려하여, 작동 중 코어와 클램프의 유도 접지 전류를 정확히 감지하고 변압기 수명을 연장하며 "순환 전류"를 제거하고 유지보수 작업으로 인한 손상이 수리 범위를 확대하는 것을 방지하기 위해, 그림 1 구성에서 그림 2 구성으로 변압기의 코어와 클램프 접지 방법을 최적화하는 것이 추천됩니다.

3.결론

변압기 내부 구성 요소와 기능에 대한 상세한 소개와 함께 운전 중 발생하는 방전 결함에 대한 과학적인 분석을 통해 결함 부위의 수정이 성공적으로 이루어졌습니다. 이러한 접근 방식은 장비 수명 연장을 달성하고 전력망 안전성을 향상시키며 장비 유지보수 비용을 줄이는 데 기여합니다.