변압기 보호 장치

전기적 보호장치

비율 차동 계전기(87: RDR(Ratio Differential Relay)): 내부 고장 보호용의 동작 전류의 비율이 억제 전류의 일정치 이상일 때 동작

기계식 보호 계전기의 종류

-부흐홀쯔 계전기: 변압기 본체와 콘서베이터를 연결하는 관 도중에 설치

-충격압력 계전기: 변압기 내부사고 시 가스 발생으로 충격성의 이상 압력 상승이 생기므로 이 압력 상승을 순시에 검출, 차단한다.

-이 외의 기계식 보호 계전기: 방압 장치, 권선 온도계, 유면계

 

변압기의 열화

-변압기의 호흡 작용: 변압기에 사용되는 절연유가 변압기 외부 온도와 내부에서 발생하는 열에 의해 부피가 팽창하고 수축하는 현상

-변압기의 열화 원인: 변압기의 호흡 작용에 의해 공기 중의 수분과 산소를 흡수하게 되어 절연유가 산화되고 침전물이 생기게 된다.

-열화에 의한 영향: 절연 내력의 저하, 냉각 효과 감소, 침식 작용

-열화 방지 설비: 흡습 호흡기(브리더), 밀폐형(진공 상태), 콘서베이터(질소 봉입)

-개방형 콘서베이터: 콘서베이터는 변압기의 상부에 설치된 원통형의 유조(기름통)로, 그 속에는 1/2정도의 기름이 들어 있고, 1/2 정도의 질소 가스가 봉입되어 있다. 주변압기 외함 내의 기름과 콘서베이터는 가느다란 U자형 파이프로 연결되어 있다. 변압기 호흡 작용에 의한 변압기 기름의 팽창, 수축이 콘서베이터의 상부에서 행해지므로 높은 온도의 기름이 직접 공기와 접촉하는 것을 막아 기름의 열화를 방지한다.

 

변압기 용량의 결정 시 필요한 인자

(1)수용률: 수용 설비가 동시에 사용되는 정도를 나타낸다. 변압기 등의 적정한 공급 설비 용량을 파악하기 위해 사용된다.

수용률= 최대 수용 전력/부하 설비 합계 * 100[%]

(2)부하율: 공급 설비가 어느 정도 유용하게 사용되는지를 나타낸다. 부하율이 클수록 공급 설비가 그만큼 유효하게 사용된다는 것을 뜻한다. 부하율= 평균 수용 전력/최대 수용 전력 * 100[%]

 *부하율이 적다는 것의 의미: 부하율이 적을수록 공급 설비를 유용하게 사용하지 못한다. 부하율이 적을수록 평균 수용 전력과 최대 수용 전력의 차이가 그만큼 커지게 되므로 부하 설비의 가동률이 저하된다.

(3)부등률: 부하의 최대 수용 전력의 발생 시간이 서로 다른 정도를 나타낸다. 부등률이 클수록 최대 전력을 소비하는 기기의 사용 시간대가 서로 다르다는 것을 의미하므로 그만큼 유리하다. 부등률=각 부하의 최대 수용 전력의 합계/합성최대전력 >=1

 

변압기의 냉각방식

(1) 건식 자냉식(AN): 변압기 본체가 공기에 의해 자연적으로 냉각되도록 한 것, 소용량 변압기의 냉각에 사용

(2) 건식 풍냉식(AF): 건식 변압기에 송풍기를 이용하여 강제 통풍을 시킨 방식, 변압기유를 사용하지 않으므로 22[kV] 이하의 변압기에 적용

(3) 유입 자냉식(ONAN): 권선과 철심에서 발생한 열을 기름의 대류 작용에 의하여 외함에 전달되도록 하고, 외함에서 열을 대기로 방산시키는 방식, 보수가 간단하고 취급이 쉽기 때문에 널리 사용

(4) 유입 풍냉식(ONAF): 방열기를 설치한 유입 변압기에 송풍기를 이용하여 강제 통풍을 시킴으로써 냉각 효과를 높이는 방식, 유입 자냉식보다 용량을 30[%] 증가시킬 수 있어 대형 변압기에 많이 채용

(5) 유입 수냉식(ONAF): 펌프로 물을 순환시켜 기름을 냉각하는 방식, 수질이 좋지 않으면 물때가 끼고 관 부식을 초래(유지 보수가 까다로워 최근 감소 추세)

(6) 송유 자냉식(OFAN): 송유 펌프로 기름을 강제로 순환시키는 방식. 소음, 오손 방지를 위해 변압기 본체를 옥내에, 방열기 탱크를 옥외에 설치

(7) 송유 풍냉식(OFAF): 변압기 외함 내에 들어 있는 기름을 이용하여 외부에 있는 냉각 장치로 보내 냉각시킨 후 냉각된 기름을 다시 외함 내부로 공급하는 방식, 냉각 효과가 크기 때문에 30,000[kVA] 이상의 대용량 변압기에 채용

(8) 송유 수냉식(OFWF): 송유 자냉식의 방열기 탱크에 수냉식 유닛 쿨러 설치, 소음이 적어 도시 및 그 주변 지역에 설치하기에 적합

 

변압기의 과부하 조건

(1)주위 온도 저하로 인한 과부하: 냉각 공기의 최고 온도가 30도에서 1도 저하 시 그 온도 차의 8[%] 만큼 과부하 운전 가능

(2)부하율 저하로 인한 과부하: 부하율이 90[%]보다 낮을 경우 90[%]와 그 차이의 1[%]에 따라 상응하는 과부하 운전 가능

 

차단기: 차단기는 부하 전류는 개페하고, 고장 시에 발생하는 대전류를 신속하게 차단하여 고장 구간을 건전 구간으로부터 분리시키는 역할을 수행한다.

 

소호 원리에 따른 차단기의 종류

(1) 유입 차단기(OCB: Oil Circuit Breaker): 절연유가 고온 아크에 의해 발생하는 수소 가스의 높은 열 전도도를 이용하여 아크를 냉각, 소호. 장점-사용 범위가 넓고 저가이며 소음이 없다. 단점-광유 사용으로 화재의 위험성이 있고 보수의 번거로움이 있다.

(2) 자기 차단기(MBB: Magnetic Blow-out Circuit Breaker): 아크와 직각으로 자계를 주어 소호실 내에 아크를 끌어 넣어 아크 전압을 증대시키고 또한 냉각하여 소호. 장점-화재 염려가 없고 보수가 간편하다. 단점-소음이 발새하고, 22[kV] 이상에서 사용이 부적격하다.

(3) 진공 차단기(VCB: Vacuum Circuit breaker): 파센의 법칙에 의거하여 진공 중으로 아크 금속 증기가 확산 후 전류 영점에서 아크 소호. 장점-소형, 경량이며 구조가 간단하고 보수가 용이하다. 단점-동작 시 발생하는 서지가 크기 때문에 서지 흡수기가 필요하다.

(4) 공기 차단기(ABB: Air Blast Circuit Breaker): 아크를 강력한 압축 공기로 불어 소호. 장점-차단 능력이 크고 화재 위험성이 낮다. 단점-압축공기 컴프레셔 등 부대설비가 필요하고 폭발음이 있다.

(5) 가스 차단기(GCB: Gas Circuit Breaker): SF6 가스의 소호 능력이 공기의 100배 성능임을 이용하여 아크를 강력하게 흡습하여 소호(치환 효과) 장점-보후 점검 회수가 적고 차단 성능이 우수하며 저소음이다. 단점-설치 면적이 크고 가스의 기밀 구조가 필요하다.