최신 변압기 테스트 기술 가이드

트랜스포머는 주로 유변형과 건식으로 구분되며 그 고장의 형태는 다양하지만 대부분의 고장은 와인딩, 코어, 연결 부품, 그리고 오일 오염에 집중됩니다. 예를 들어, 와인딩 절연 손상, 오픈 회로, 단락, 접점에서의 회전간 단락 등이 있습니다. 트랜스포머 고장의 일반적인 외부 증상에는 심각한 과열, 과도한 온도 상승, 비정상 소음, 세상 불균형 등이 포함됩니다.

일반적인 트랜스포머 유지보수는 절연 테스트(절연 저항, 유전체 흡수비 등), 직류 저항 측정(와인딩 관련 고장 감지용), 코어 리프팅 검사, 무부하 테스트 등을 포함합니다. 일부 기업에서는 유변형 트랜스포머의 오일 품질을 분석하여 전기 절연 및 열 성능이 유지되는지 확인하기도 합니다.

다음은 몇 가지 고급 트랜스포머 테스트 방법을 참고로 제시합니다.

1. ALL-Test 방법

ALL-Test 방법의 핵심은 고주파, 저전압 신호를 사용하여 DC 저항, 임피던스, 와인딩 인덕턴스 위상각, 와인딩 기반 장비의 전류 대 주파수 비(I/F) 등의 내부 매개변수를 측정하는 것입니다. 이를 통해 내부 고장과 그 발전 단계를 정확하게 평가할 수 있습니다. 이 방법의 장점은 다음과 같습니다:

• 즉각적인 현장 고장 진단을 가능하게 하여, 코어 리프팅 같은 시간과 노동력을 많이 필요로 하는 추가적인 검사를 반드시 수행해야 하는지 여부를 결정하는 데 도움이 됩니다.

• 측정 정밀도가 높습니다. 트랜스포머 와인딩의 DC 저항이 보통 매우 낮기 때문에, 저전압 고주파 신호를 사용하면 기존 결함을 악화시키지 않습니다. 3자리까지의 정밀도로, 미세한 회전간 단락까지도 DC 저항(R)의 눈에 띄는 변화를 통해 감지할 수 있으며, 이는 일반적인 DC 저항 테스트로는 달성할 수 없습니다.

• 상태 기반 모니터링을 용이하게 합니다. 각 측정 결과는 기록되고 저장될 수 있으며, 정기적인 테스트를 수행하고 추세 곡선을 작성함으로써 시간 경과에 따른 주요 매개변수의 변화를 모니터링할 수 있습니다. 이는 조기에 고장을 감지하고 예측 유지보수를 지원하며, 산업 시설에서의 양적 고장 관리를 지원합니다.

• 종합적인 매개변수 분석(R, Z, L, tgφ, I/F)은 트랜스포머 내부 고장에 대한 더 완전하고 즉시적이고 정확한 설명을 제공합니다.

ALL-Test 기본 절차:
트랜스포머의 전원을 차단한 후, 2차(또는 1차) 측을 접지합니다. 그런 다음, 계측기의 신호 선을 1차(또는 2차) 단자(H1, H2, H3)에 차례대로 연결하여 상간 매개변수(R, Z, L, tgφ, I/F)를 측정합니다. 상간 또는 동일 상의 다른 시점의 기록 데이터와 비교하여 트랜스포머의 고장 상태를 판단할 수 있습니다.

참고로, 다음은 권장 경험적 평가 기준입니다:

• 저항 (R):

• R > 0.25 Ω일 경우, 5% 이상의 상간 차이가 3상 불균형을 나타냅니다.

• R ≤ 0.2 Ω일 경우, 불균형 판단을 위한 7.5% 기준을 사용합니다.

• 임피던스 (Z):

• 상간 불균형은 5%를 초과해서는 안 됩니다.

• 고장난 트랜스포머는 종종 100%를 넘는 불균형을 보입니다.

• 인덕턴스 (L):

• 불균형은 5%를 초과해서는 안 됩니다.

• 위상각 탄젠트 (tgφ):

• 상간 차이는 1자리 내(예: 0.1 vs 0.2는 허용됨; 0.1 vs 0.3는 허용되지 않음)로 유지되어야 합니다.

• 전류 대 주파수 비 (I/F):

• 상간 차이는 2자리 내(예: 1.23 vs 1.25는 허용됨)로 유지되어야 합니다.

현장 경험에 따르면, 불균형에서 고장으로 진행하는 동안 트랜스포머 테스트 데이터는 극적인 변화를 겪습니다. 중요한 트랜스포머의 경우, 적어도 한 달에 한 번씩 ALL-Test 측정을 수행하는 것이 좋습니다.

표 1 좋은 상태의 2500kVA, 28800:4300 트랜스포머의 실험 데이터, 2차 측 테스트

표 2 고장난 500kVA, 13800:240V 변압기의 실험 데이터, 일차 측 테스트

2. 차수비 테스트 방법

변압기의 현장 테스트에서 직접적인 차수비 측정은 잘못된 배선, 단락, 또는 개방 회로와 같은 내부 결함을 검출하는 효과적이고 빠른 방법입니다. 운영 중에는 제조 변동이나 시간이 지남에 따른 절연 저하로 인해 변압기의 실제 차수비가 명판 값과 달라질 수 있습니다. 정확하게 측정하면 차수비는 내부 결함을 식별하고 추적하는 주요 상태 지표로 활용될 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 일반적으로 매우 높은 측정 정밀도가 요구되는 변압기 차수비(TTR) 테스터가 사용됩니다.

3. 변압기 오일 품질 테스트

유침식 변압기는 널리 사용되며, 그 유지보수의 중요한 부분 중 하나는 절연유의 상태 평가입니다. 오일의 열화 징후—예를 들어 어두워진 색상, 산성 냄새, 감소된 유전 강도(파괴 전압), 또는 슬러지 형성—는 종종 시각 검사를 통해 확인할 수 있습니다. 또한 점성, 섭씨 온도, 그리고 수분 함량을 포함한 주요 오일 특성의 양적 분석은 포괄적인 평가에 필수적입니다. 아래 표를 참조하여 평가 기준을 확인하세요.

다음은 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석 및 검사를 수행하는 방법에 대한 간략한 소개입니다. 변압기 오일이 악화되거나 고장이 발생할 때 이 방법의 기본 접근 방식은 전력을 중단하지 않고 변압기에서 오일 샘플을 추출하고 용해된 가스의 종류와 농도를 분석한 다음 고장 상태를 결정하는 것입니다. 정상 조건에서는 오일 내의 가스 함량이 매우 낮으며 특히 가연성 가스는 전체의 0.001%에서 0.1% 정도만 차지합니다.

그러나 변압기 고장의 심각성이 증가함에 따라 열과 전자기 효과로 인해 오일과 고체 절연재료가 다양한 가스를 생성합니다. 예를 들어 국소 과열이 있을 때 절연 재료는 대량의 CO와 CO₂를 생성하며 오일 자체가 과열되면 에틸렌과 메탄을 많이 생성합니다. 가연성 가스 함량을 판단 기준으로 사용하면 다음과 같은 지침을 적용할 수 있습니다: 가스 함량이 0.1% 미만인 경우 정상 상태, 0.1%~0.5%는 경미한 고장, 0.5% 이상은 심각한 고장을 나타냅니다.

변압기의 전기적 고장으로 주로 생성되는 가스는 수소(H₂)와 아세틸렌(C₂H₂)이며, 주로 아크 방전이나 스파킹으로 인해 발생합니다. 다음 참고 지표를 사용하여 판단할 수 있습니다: H₂ 함량 <0.01%는 정상, 0.01-0.02%는 주의 필요, >0.02%는 고장을 나타냅니다; C₂H₂ <0.0005%는 정상, >0.001%는 고장을 나타냅니다.

변압기가 습기에 노출된 후 H₂(수소) 함량이 높아지는 경향이 있는데, 이는 전류 하에서 전해작용으로 수소 가스가 생성되기 때문입니다. 이러한 가스 데이터를 종합적으로 분석하여 변압기 상태를 평가할 수 있습니다.